• საშინაო მეცნიერება და მედიცინა მე -19 - მე -20 საუკუნის დასაწყისში მე -19 საუკუნის ქიმია მედიცინაში
• რა არის პეპტიდები? პეპტიდების ტიპები და სახეობები. ყველაფერი პეპტიდებისა და დაბერების საწინააღმდეგო კოსმეტიკის შესახებ პეპტიდებით დამატებითი პეპტიდები არ იქმნება
• საშიში ქიმიკატების ტოქსიკური ეფექტი ადამიანებზე
• რადიოავტოგრაფიული ავტორადიოგრაფიის მეთოდი ციტოლოგიაში
• ბაქტერიების იდენტიფიკაცია ანტიგენური სტრუქტურის მიხედვით
• ორგანული ნივთიერებები ჩამდინარე წყლებში რა არის ორგანული ნაერთები წყალში
• წყალბადის ინდექსი (pH ფაქტორი)
• რა არის წყლის pH და რატომ არის მნიშვნელოვანი მისი ცოდნა?
• რედოქსის პოტენციური რედოქს სისტემები
• შექცევადი რედოქსის სისტემა შექცევადი რედოქს სისტემები

თავი 11. ქიმიური ელემენტების ეკოლოგიური ასპექტები

თავი 11. ქიმიური ელემენტების ეკოლოგიური ასპექტები

ქიმიური ელემენტები ადამიანის ეკოლოგიური პორტრეტის ერთ-ერთი შემადგენელი ნაწილია.

A.V. კლდოვანი

11.1. რუსეთის ბიოსფეროს მდგრადი განვითარების აქტუალური პრობლემები

გარემოს ანთროპოგენური დაბინძურება მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მცენარეთა და ცხოველთა ჯანმრთელობაზე (Ermakov V.V., 1995). მსოფლიო ხმელეთის მცენარეულობის წლიური წარმოება ადამიანის მიერ მის დარღვევამდე შეადგენდა 172 10 9 ტონა მშრალ ნივთიერებას (Bazilevich NI, 1974). ზემოქმედების შედეგად, მისი ბუნებრივი წარმოება ახლა შემცირდა მინიმუმ 25%-ით (პანინ მ.ს., 2006). V.V.-ს პუბლიკაციებში. ერმაკოვა (1999), იუ.მ. ზახაროვა (2003), ი.მ. დონიკი (1997), მ.ს. პანინა (2003), გ.მ. ჰოვე (1972), დ.რ. ბურკიტმა (1986) და სხვებმა აჩვენეს გარემოზე (OS) ანთროპოგენური ზემოქმედების მზარდი აგრესიულობა, რაც ხდება განვითარებული ქვეყნების ტერიტორიებზე.

ვ.ა. კოვდამ ჯერ კიდევ 1976 წელს მოგვაწოდა მონაცემები ბუნებრივი ბიოგეოქიმიური ციკლების თანაფარდობისა და ანთროპოგენური წვლილისთვის ბუნებრივ პროცესებში; მას შემდეგ გაიზარდა ტექნოგენური ნაკადები. მისი მონაცემებით, ბიოსფეროს ბიოგეოქიმიური და ტექნოგენური ნაკადები შეფასებულია შემდეგი მნიშვნელობებით:

ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის (WHO) მონაცემებით, 6 მილიონზე მეტი ცნობილი ქიმიური ნაერთიდან 500 000-მდე გამოიყენება, აქედან 40 000-ს აქვს ადამიანისთვის საზიანო თვისებები, 12 000 კი ტოქსიკურია. 2000 წლისთვის მინერალური და ორგანული ნედლეულის მოხმარება მკვეთრად გაიზარდა და მიაღწია 40-50 ათას ტონას დედამიწის ერთ მოსახლეზე. შესაბამისად, იზრდება სამრეწველო, სასოფლო-სამეურნეო და საყოფაცხოვრებო ნარჩენების მოცულობები. 21-ე საუკუნის დასაწყისისთვის ანთროპოგენურმა დაბინძურებამ კაცობრიობა ეკოლოგიური კატასტროფის ზღვარზე მიიყვანა (Ermakov V.V., 2003). აქედან გამომდინარე, ძალზე აქტუალურია რუსეთის ბიოსფეროს ეკოლოგიური მდგომარეობის ანალიზი და მისი ტერიტორიის ეკოლოგიური რეაბილიტაციის გზების ძიება.

ამჟამად, დაახლოებით 7 მილიარდი ტონა ნარჩენი წარმოიქმნება რუსეთის ფედერაციის სამთო, მეტალურგიული, ქიმიური, ხის, ენერგეტიკის, სამშენებლო მასალების და სხვა მრეწველობის საწარმოებში. გამოყენებულია მხოლოდ 2 მილიარდი ტონა, ანუ მთლიანი მოცულობის 28%. ამასთან დაკავშირებით, მხოლოდ 80 მილიარდი ტონა მყარი ნარჩენი დაგროვდა ქვეყნის ნაგავსაყრელებსა და შლამის საწყობებში. ყოველწლიურად სოფლის მეურნეობისთვის შესაფერისი დაახლოებით 10 ათასი ჰექტარი მიწა გასხვისდება ნაგავსაყრელებზე მათი შესანახად. ყველაზე მეტი ნარჩენი მიიღება ნედლეულის მოპოვებისა და გამდიდრების დროს. ამგვარად, 1985 წელს სსრკ-ს სხვადასხვა მრეწველობაში ზედმეტი ტვირთის, ასოცირებული ქანების და ნარჩენების მოცულობა იყო, შესაბამისად, 3100 და 1200 მილიონი მ 3. ხის ნედლეულის მოსავლის აღების და გადამუშავების დროს წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით ნარჩენები. ხე-ტყის ადგილებზე ნარჩენები შეადგენს ექსპორტირებული ხე-ტყის მთლიანი მოცულობის 46,5%-მდე. ჩვენს ქვეყანაში ყოველწლიურად წარმოიქმნება 200 მილიონ მ 3-ზე მეტი ხის ნარჩენი. ოდნავ ნაკლები ნარჩენები იწარმოება შავი მეტალურგიის საწარმოებში: 1984 წელს ცეცხლ-თხევადი წიდის გამოშვებამ შეადგინა 79,7 მილიონი ტონა, მათ შორის 52,2 მილიონი ტონა აფეთქების ღუმელი, 22,3 მილიონი ტონა ფოლადი და 4,2 მილიონი ტონა ფეროშენადნობი. მსოფლიოში ფერადი ლითონების დნობა ყოველწლიურად დაახლოებით 15-ჯერ ნაკლები ხდება, ვიდრე შავი. თუმცა, ფერადი ლითონების წარმოებაში მადნის გამდიდრების პროცესში 1 ტონა კონცენტრატზე წარმოიქმნება 30-დან 100 ტონამდე დაქუცმაცებული ნარჩენი, ხოლო მადნის დნობის დროს.

1 ტონა ლითონისთვის - 1-დან 8 ტონამდე წიდა, შლამი და სხვა ნარჩენები (Dobrovolsky IP, Kozlov Yu. E. et al., 2000).

ყოველწლიურად ქიმიური, კვების, მინერალური სასუქების და სხვა მრეწველობის საწარმოები აწარმოებენ 22 მილიონ ტონაზე მეტ თაბაშირის შემცველ ნარჩენს და დაახლოებით 120-140 მილიონ ტონა საკანალიზაციო შლამს (მშრალი სახით), რომელთა დაახლოებით 90% მიიღება ნეიტრალიზებით. სამრეწველო ჩამდინარე წყლები. კუზბასში ნარჩენების 70%-ზე მეტი ხანძარია. მათგან რამდენიმე კილომეტრის მანძილზე ჰაერში საგრძნობლად იმატებს SO 2 , CO , CO 2 კონცენტრაციები. მკვეთრად იზრდება მძიმე მეტალების კონცენტრაცია ნიადაგებსა და ზედაპირულ წყლებში, ხოლო ურანის მაღაროების რაიონებში - რადიონუკლიდები. ღია კარის მოპოვება იწვევს ლანდშაფტის აშლილობას, რაც მასშტაბურია ძირითადი სტიქიური უბედურებების შედეგების მასშტაბით. ამრიგად, კუზბასში სამთო ზონაში ჩამოყალიბდა ღრმა (30 მ-მდე) ნიჟარების მრავალი ჯაჭვი, რომელიც გადაჭიმულია 50 კმ-ზე მეტი, საერთო ფართობით 300 კმ 2-მდე და ნიჟარის მოცულობა 50 მილიონ მ-ზე მეტი. 3.

ამჟამად, დიდი ტერიტორიები უკავია თბოელექტროსადგურების მყარ ნარჩენებს: ნაცარი, წიდა, შემადგენლობით მსგავსი მეტალურგიული. მათი წლიური გამომუშავება 70 მილიონ ტონას აღწევს. მათი გამოყენების ხარისხი 1-2%-ის ფარგლებშია. რუსეთის ფედერაციის ბუნებრივი რესურსების სამინისტროს ცნობით, სხვადასხვა ინდუსტრიის ნარჩენებით დაკავებული მიწის საერთო ფართობი, მთლიანობაში, აღემატება 2000 კმ2-ს.

მსოფლიოში ყოველწლიურად 40 მილიარდ ტონაზე მეტი ნედლი ნავთობი იწარმოება, აქედან დაახლოებით 50 მილიონი ტონა ნავთობი და ნავთობპროდუქტები იკარგება წარმოების, ტრანსპორტირებისა და გადამუშავების დროს. ნავთობი ითვლება ერთ-ერთ ყველაზე გავრცელებულ და ყველაზე საშიშ დამაბინძურებლად ჰიდროსფეროში, რადგან მისი დაახლოებით მესამედი იწარმოება კონტინენტურ შელფზე. ნავთობპროდუქტების მთლიანი მასა ყოველწლიურად შემოდის ზღვებსა და ოკეანეებში დაახლოებით 5-10 მილიონი ტონა.

NPO Energostal-ის მონაცემებით, შავი მეტალურგიის მტვრისგან გამონაბოლქვი აირების გაწმენდის ხარისხი აჭარბებს 80%-ს, ხოლო მყარი დაჭერის პროდუქტების გამოყენების ხარისხი მხოლოდ 66%-ს შეადგენს. ამასთან, რკინაშემცველი მტვრისა და შლაკების უტილიზაციის კოეფიციენტი 72%-ია, ხოლო სხვა სახის მტვრებისთვის 46%. პრაქტიკულად ყველა საწარმოში, როგორც მეტალურგიულ, ასევე თბოელექტროსადგურებში, აგრესიული დაბალპროცენტიანი გოგირდის შემცველი აირების გაწმენდის საკითხი არ წყდება. ამ გაზების ემისიამ სსრკ-ში შეადგინა 25 მილიონი ტონა. გოგირდის შემცველი აირების გამონაბოლქვი ატმოსფეროში მხოლოდ ქვეყნის 53 ენერგობლოკზე გაზის გამწმენდი ნაგებობების ამოქმედებიდან

1975 წლიდან 1983 წლამდე შემცირდა 1,6-დან 0,9 მილიონ ტონამდე. გალვანური ხსნარების ნეიტრალიზაციის პრობლემები ცუდად მოგვარებულია. კიდევ უფრო ნელა დგას ნარჩენების განადგურების საკითხები, რომლებიც წარმოიქმნება დახარჯული მწნილის ხსნარების, ქიმიური წარმოების ხსნარებისა და ჩამდინარე წყლების ნეიტრალიზაციისა და დამუშავების დროს. რუსეთის ქალაქებში ჩამდინარე წყლების 90%-მდე ჩაედინება მდინარეებსა და წყალსაცავებში დაუმუშავებელი სახით. ამჟამად შემუშავებულია ტექნოლოგიები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის ტოქსიკური ნივთიერებების გარდაქმნას დაბალტოქსიკურ და ბიოლოგიურად აქტიურ ნივთიერებებადაც კი, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სოფლის მეურნეობაში და სხვა ინდუსტრიებში.

თანამედროვე ქალაქები ატმოსფეროში და წყლის გარემოში გამოყოფენ დაახლოებით 1000 ნაერთს. ურბანული ჰაერის დაბინძურებისას, ერთ-ერთი წამყვანი ადგილი უკავია ავტომობილებს. ბევრ ქალაქში გამონაბოლქვი აირები შეადგენს 30%-ს, ზოგიერთში კი 50%-ს. მოსკოვში დაახლოებით 96% CO, 33% NO 2 და 64% ნახშირწყალბადები შედის ატმოსფეროში საავტომობილო ტრანსპორტის გამო.

ზემოქმედების ფაქტორების, მათი დონის, მოქმედების ხანგრძლივობისა და გავრცელების არეალის მიხედვით, ურალის ბუნებრივი და ტექნოგენური ბიოგეოქიმიური პროვინციები კლასიფიცირდება როგორც ტერიტორიები ყველაზე მაღალი ხარისხის გარემოსდაცვითი დისტრესით (Ermakov V.V., 1999). ბოლო წლებში ურალის რეგიონი ლიდერია ატმოსფეროში მავნე ნივთიერებების მთლიანი ემისიების მხრივ. ა.ა. მალიგინა და სხვები, ურალი პირველ ადგილზეა რუსეთში ჰაერისა და წყლის დაბინძურებით, ხოლო მეორე ადგილზე ნიადაგის დაბინძურებით. რუსეთის სახელმწიფო სტატისტიკის კომიტეტის მონაცემებით, სვერდლოვსკის რეგიონის წილი ურალის რეგიონში შეადგენს ყველა მავნე გამონაბოლქვის 31%-ს და დაბინძურებული ჩამდინარე წყლების იგივე მოცულობას. ჩელიაბინსკის რეგიონის წილი რეგიონის დაბინძურებაში 25%-ია, ბაშკორტოსტანი - 20%, პერმის რეგიონი - 18%. ურალის საწარმოები ყველა საშიშროების კლასის 400 მილიონ ტონა ტოქსიკურ ნარჩენს განკარგავს.

ჩელიაბინსკის რეგიონი არის შავი ლითონების ერთ-ერთი უდიდესი მწარმოებელი ქვეყანაში. მას აქვს მეტალურგიული კომპლექსის 28 საწარმო. რეგიონში 10-ზე მეტი სამთო საწარმო ფუნქციონირებს მათთვის ნედლეულით უზრუნველყოფის მიზნით. 1993 წლის მონაცემებით, რეგიონის მეტალურგიულ საწარმოებში დაგროვდა დაახლოებით 180 მილიონი ტონა აფეთქებული წიდა, 40 მილიონი ტონა ფოლადის დნობა და 20 მილიონ ტონაზე მეტი ფეროქრომის წარმოების წიდა, ასევე მნიშვნელოვანი რაოდენობით მტვერი და შლამი. შეიქმნა ნარჩენების სხვადასხვა სამშენებლო მასალებად გადამუშავების შესაძლებლობა ეროვნული ეკონომიკის საჭიროებებისთვის. ჩელიაბინსკის რეგიონში 3-ჯერ მეტი

ნარჩენები ერთ სულ მოსახლეზე, ვიდრე მთლიანად რუსეთში. რეგიონის ნაგავსაყრელებში დაგროვდა 2,5 მილიარდ მ 3-ზე მეტი სხვადასხვა ქანები, 250 მილიონი ტონა წიდა და ფერფლი თბოელექტროსადგურებიდან. გადატვირთვის მთლიანი მოცულობიდან მხოლოდ 3% მუშავდება. მეტალურგიულ საწარმოებში ყოველწლიურად წარმოქმნილი 14 მილიონი ტონა წიდადან მხოლოდ 40-42% გამოიყენება, საიდანაც 75% არის აფეთქებული წიდები, 4% ფოლადის დნობა, 3% ფეროშენადნობი და 17% ფერადი მეტალურგია. წიდები და მხოლოდ დაახლოებით 1% არის თბოელექტროსადგურის ნაცარი. ი.ა. მიაკიშევი, 1997 წელს ჩელიაბინსკის ატმოსფეროში 74 736 ტონა აირისებრი და თხევადი გამონაბოლქვი გამოვიდა.

ორგანიზმში მიკრო და მაკროელემენტური ჰომეოსტაზის დარღვევა განპირობებულია ბიოსფეროს ბუნებრივი და ტექნოგენური დაბინძურებით, რაც იწვევს ტერიტორიულ-ინდუსტრიული კომპლექსების ირგვლივ ტექნოგენური მიკროელემენტების ფართო არეების წარმოქმნას. იტანჯება არა მხოლოდ საწარმოო პროცესში უშუალოდ ჩართული ადამიანების ჯანმრთელობა, არამედ საწარმოების მეზობლად მცხოვრებთა ჯანმრთელობაც. როგორც წესი, მათ აქვთ ნაკლებად გამოხატული კლინიკური სურათი და შეუძლიათ მიიღონ გარკვეული პათოლოგიური მდგომარეობის ლატენტური ფორმა. ნაჩვენებია, რომ ქალაქში მდებარე სამრეწველო საწარმოების მახლობლად, საცხოვრებელ ადგილებს შორის, ტყვიის კონცენტრაცია აღემატება ფონურ მნიშვნელობებს 14-50-ჯერ, თუთიას - 30-40-ჯერ, ქრომს - 11-46-ჯერ, ნიკელს - 8-63-ჯერ. ჯერ.

ჩელიაბინსკი ერთ-ერთია რუსეთის 15 ქალაქიდან, სადაც ჰაერის დაბინძურების მუდმივად მაღალი დონეა და მე-12 ადგილზეა. ქალაქ ჩელიაბინსკის ეკოლოგიური მდგომარეობისა და მოსახლეობის ჯანმრთელობის მდგომარეობის ანალიზმა შესაძლებელი გახადა დადგინდეს, რომ ჩელიაბინსკი დაბინძურების დონის მიხედვით მიეკუთვნება "ეკოლოგიური საგანგებო ზონებს". სიცოცხლის ხანგრძლივობა რუსეთში მსგავს მაჩვენებლებთან შედარებით 4-6 წლით ნაკლებია (იხ. სურ. 10.6).

ბუნებრივი და ტექნოგენური დაბინძურების პირობებში დიდი ხნის განმავლობაში მცხოვრები მაცხოვრებლები ექვემდებარებიან ქიმიური ელემენტების არანორმალურ კონცენტრაციას, რაც შესამჩნევად მოქმედებს სხეულზე. ერთ-ერთი გამოვლინებაა სისხლის შემადგენლობის ცვლილება, რომლის მიზეზია ორგანიზმში რკინის, მიკროელემენტების (Cu, Co) შეყვანის დარღვევა, რაც დაკავშირებულია როგორც საკვებში მათ დაბალ შემცველობასთან, ასევე მაღალ შემცველობასთან. საკვებში ნაერთების შემცველობა, რომლებიც ხელს უშლიან რკინის შეწოვას კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში.

ურალის სხვადასხვა რეგიონის 56 ფერმაში ბიოლოგიური და ვეტერინარული პარამეტრების მონიტორინგისას (Donnik I.M., Shkuratova I.A., 2001), პირობითად გამოვლინდა ტერიტორიების ხუთი ვარიანტი, რომლებიც განსხვავდება ეკოლოგიური მახასიათებლებით:

მსხვილი სამრეწველო საწარმოების ემისიებით დაბინძურებული ტერიტორიები;

მაიაკის საწარმოო ასოციაციის საქმიანობის შედეგად დაბინძურებული ტერიტორიები გრძელვადიანი რადიონუკლიდებით - სტრონციუმ-90 და ცეზიუმ-137 (აღმოსავლეთ ურალის რადიოაქტიური კვალი - EURS);

ტერიტორიები, რომლებიც განიცდიან დატვირთვას სამრეწველო საწარმოებიდან და ამავე დროს მდებარეობს EURTS ზონაში;

გეოქიმიური პროვინციები მძიმე მეტალების (Zn, Cu, Ni) მაღალი ბუნებრივი შემცველობით ნიადაგში, წყალში, აგრეთვე რადონი-222-ის ანომალიური კონცენტრაციით მიწისქვეშა ჰაერსა და წყალში;

გარემოსდაცვითი თვალსაზრისით შედარებით ხელსაყრელი ტერიტორიები, თავისუფალი სამრეწველო საწარმოებისგან.

11.2. ბიოსფეროს მდგრადი განვითარების ეკოლოგიურ-ადაპტირებადი პრინციპი

ნიადაგისა და წყლის რესურსების მრავალფეროვნება რუსეთში აგროქიმიური და აგროფიზიკური მაჩვენებლების თვალსაზრისით და მათი დაბინძურება მრავალფეროვანი ბუნებრივი და ტექნოლოგიური დამაბინძურებლებით არის ბარიერი, რომელიც ხელს უშლის ორგანიზმს უზრუნველყოს სხეულის დაბალანსებული მიკრო და მაკროელემენტური შემადგენლობით ბიოლოგიურად აქტიურ არა-ა. ტოქსიკური ფორმა. გეოქიმიური ეკოლოგია ეწევა მიკრო და მაკროელემენტების ბიოლოგიური მოქმედების მექანიზმების შესწავლას, აგრეთვე ტოქსიკურ გამოყენებას მედიცინაში, მეცხოველეობასა და კულტურების წარმოებაში.

გეოქიმიური ეკოლოგიის მთავარი ამოცანაა ორგანიზმების გარემო პირობებთან ადაპტაციის პროცესების გარკვევა (ადაპტაცია), ქიმიური ელემენტების მიგრაციის პროცესები, მიგრაციის ფორმები და ტექნოგენური პროცესების გავლენა, ქიმიური ელემენტების გამოყენების წერტილების შესწავლა. გარემოს მეტაბოლურ პროცესებზე, ორგანიზმების ნორმალური და პათოლოგიური რეაქციების მიზეზობრივი დამოკიდებულების იდენტიფიცირება გარემო ფაქტორებზე. ბუნებრივ პირობებში და ექსპერიმენტებში არის ეკოლოგიის ამ განყოფილების საბოლოო მიზანი

(Kowalsky V.V., 1991).

გეოქიმიური ეკოლოგია - ეს არის სისტემური ეკოლოგიის არეალი, სადაც გავლენის მთავარი ფაქტორი ქიმიური ელემენტია და ზემოქმედების ობიექტის მიხედვით იყოფა კონკრეტულ სფეროებად: ადამიანების, მცენარეების და ცხოველების გეოქიმიური ეკოლოგია.თანამედროვე ეკოლოგია არის ინტეგრირებული მეცნიერება (Reimers N.F., 1990). ის ეკოლოგიას 28 საბუნებისმეტყველო მეცნიერებას უკავშირებს.

გარემოს ტექნოგენური დაბინძურება გავლენას ახდენს მოსახლეობის სიცოცხლის ხანგრძლივობაზე. ამჟამად მოსახლეობის შობადობა ყოველთვის არ აღემატება სიკვდილიანობას. სამხრეთ ურალის პირობებში, სიკვდილიანობის მაჩვენებელია 16 1000 ადამიანზე (Shepelev V.A., 2006).

ბიოსფეროს ევოლუციის თანამედროვე ეტაპი არის ადამიანის ტექნოგენური აქტივობის კორექციის ეტაპი და ინტელექტუალური ნოოსფერული ტექნოლოგიების გაჩენის დასაწყისი (Ermakov V.V., 2003). მდგრადი განვითარების მიღწევა, პირველ რიგში, დამოკიდებულია ეკოლოგიურად სუფთა ტექნოლოგიების შექმნასა და განვითარებაზე მრეწველობასა და სოფლის მეურნეობაში. მედიცინა და სოფლის მეურნეობა უნდა გადავიდეს ბიოსფეროსადმი ადაპტაციის სტრატეგიაზე, რომლის მიხედვითაც აუცილებელია ტერიტორიის ბიოქიმიური მახასიათებლების გათვალისწინება და ძირითადი ეკოლოგიური პრინციპები, რომლებიც მართავენ ცოცხალი სისტემების თვითრეპროდუქციას. ეკოლოგიური ადაპტაციური პრინციპი - მთავარი პრინციპი, რომელიც საშუალებას აძლევს ბუნებრივ ეკოსისტემებს შეინარჩუნონ სტაბილური მდგომარეობა განუსაზღვრელი ვადით, არის ის, რომ ნარჩენების აღდგენა და განთავსება ხდება ქიმიური ელემენტების ბიოგეოქიმიური ციკლის ფარგლებში.ვინაიდან ატომები არ წარმოიქმნება, არ გადაიქცევა ერთმანეთში და არ ქრება, მათი გამოყენება შესაძლებელია უსასრულოდ საკვები მიზნებისთვის, სხვადასხვა ნაერთებში ყოფნისას და მათი მარაგი არასოდეს ამოიწურება. ელემენტების ციკლი, რომელიც არსებობდა საუკუნეების განმავლობაში, მოიცავდა მხოლოდ ბიოგენურ ელემენტებს. თუმცა, ბოლო ათწლეულების განმავლობაში დედამიწის ნაწლავებიდან მოპოვებამ და ცოცხალი ორგანიზმებისთვის უჩვეულო ქიმიური ელემენტების ბიოსფეროში დისპერსიამ განაპირობა ის ფაქტი, რომ ისინი შედიან ბიოგეოქიმიურ ციკლებში, რომელშიც მონაწილეობენ ადამიანები და ცხოველები.

1992 წელს რიო-დე-ჟანეიროში გაეროს გარემოსა და განვითარების კონფერენციის შემდეგ, მდგრადი განვითარება გახდა ძირითადი სტრატეგია ეროვნული და საერთაშორისო განვითარებისათვის გარემოს დაცვის სფეროში. მდგრადი განვითარება არის ცვლილების პროცესი, რომელშიც რესურსების ექსპლუატაცია, ინვესტიციების მიმართულება, ტექნოლოგიური განვითარების ორიენტაცია უნდა იყოს ერთმანეთთან ჰარმონიაში, რათა დააკმაყოფილოს ხალხის საჭიროებები, როგორც ახლა, ისე მომავალში. მდგრადი განვითარების სტრატეგია მიზნად ისახავს ხალხის ძირითადი საჭიროებების დაკმაყოფილებას ეკოლოგიურ საზღვრებში ეკონომიკური ზრდის უზრუნველსაყოფად (იხ. დიაგრამა), რომელიც წარმოდგენილია გარემოსდაცვითი მედიცინის სფეროში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ასპექტით - გარემოს რეაბილიტაციის პრობლემა. პირველი ნაბიჯი არის

მთავარი განვითარება არის კონკრეტული პროექტების შემუშავება, რომელიც შეიძლება გადაიზარდოს განვითარების მიმდინარე მოდელის მძლავრ ალტერნატივად. 2002 წელს ჩატარდა საერთაშორისო კონფერენცია "ჩელიაბინსკის და რეგიონის მდგრადი განვითარება", რომელზეც ერთ-ერთ პრიორიტეტად იქნა აღიარებული საპილოტე პროექტი ფოსფორის შემცველი ლითონის კომპლექსონატების გამოყენების შესახებ. გარემოს რეაბილიტაციის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაბიჯი არის ადამიანის მიერ შექმნილი ანომალიების წარმოშობის პრევენციის სისტემის შემუშავება და დანერგვა. დაბალი ნარჩენების ტექნოლოგიები სამრეწველო ნარჩენების, არაორგანული მჟავების და გარდამავალი ლითონების მარილების რეგენერაციისა და განადგურებისთვის, ქელატური აგენტების გამოყენებით სამრეწველო ხსნარების გასაწმენდად, ლითონის კომპლექსონატების მისაღებად მედიცინის, სოფლის მეურნეობისა და მრეწველობისთვის; ფართოდ უნდა დაინერგოს ჰიდროლიტური მჟავების დამუშავების ტექნოლოგიები, რომლებიც შეამცირებს ჩამდინარე წყლების, მყარი და აირისებრი ნარჩენების მოცულობას. ეს სიახლეები შეამცირებს ჩამდინარე წყლების მოცულობას 2-ჯერ, მთლიანი მარილის შემცველობას 4-5-ჯერ, ტიტანს, რკინას და ალუმინს 10-13-ჯერ, მაგნიუმს 5-7-ჯერ. ტექნოლოგიები შესაძლებელს ხდის გაწმენდის მაღალი ხარისხის იშვიათი მიწიერი ლითონების მიღებას (Zholnin A.V. et al., 1990).

აშკარაა ადამიანისა და ცხოველთა ჯანმრთელობის პრობლემის აქტუალობა გარემო ვითარებასთან დაკავშირებით. ამ პრობლემის გადაწყვეტა მიზნად ისახავს საფუძვლის შექმნას კომპაქტური მრეწველობის სახით განხორციელებული ტექნოლოგიური გადაწყვეტილებებისთვის, რომელთა პროდუქცია იწვევს ცალკეული ბიოლოგიური სახეობების ბუნებრივი კომპლექსების კომპენსატორულ მექანიზმს. ეს მიდგომა შესაძლებელს ხდის პოტენციალის ათვისებას

ბუნება ოპტიმალური თვითრეგულირების გზით, ანუ პრობლემების ერთადერთი გამოსავალი არის ბიოლოგიური სისტემის და ბუნებრივი გარემოს თავდაცვის ეფექტურობის გაზრდა ეკოლოგიურად სახიფათო ფაქტორებისგან მზა ტექნოლოგიური პროდუქტების გამოყენებით, რომლებიც ამუშავებენ თავდაცვის მექანიზმებს.

პირველი ბიოსფერული კვლევები ჩაატარა ჟორჟ კუვიემ (XIX ს.). მან პირველმა დააკავშირა დედამიწის ცხოველთა სამყაროს ევოლუცია გეოლოგიურ კატასტროფებთან. ამან ხელი შეუწყო მომავალში იდეების ჩამოყალიბებას ევოლუციური და სპაზმური განვითარების, აგრეთვე ჰაბიტატის ბიოგეოქიმიური ერთიანობის შესახებ.

ნია და ცოცხალი ორგანიზმები. ქიმიური ელემენტების კლასიფიკაციის თანამედროვე მცდელობების მიუხედავად, ჩვენ ვიცავთ რაოდენობრივ მახასიათებლებს, რომლებიც მოცემულია V.I. ვერნადსკი და შემდეგ A.P. ვინოგრადოვი. ამჟამად, მაკრო და მიკროელემენტების თეორია შესამჩნევად განვითარდა და დაგროვილი ცოდნა ქიმიური ელემენტების თვისებებისა და ბიოლოგიური როლის შესახებ კონცენტრირებულია ახალ სამეცნიერო მიმართულებაში - "ელემენტოლოგიაში", რომლის პროტოტიპი ჩამოყალიბებულია ბიოორგანულ ქიმიაში ( ჟოლნინი A.V., 2003).

ეკოლოგიური პრობლემების პირობებში პერსპექტიული მიმართულებაა ეკოლოგიურ-ადაპტაციური პრინციპი, რომლის მიზანია დეადაპტაციური მდგომარეობის გამოსწორება რბილი ადაპტოგენების, ანტიოქსიდანტების, იმუნოტროპული აგენტების გამოყენებით, რომლებიც აუმჯობესებენ ელემენტების ბიოტრანსფორმაციაში ჩართული ფუნქციური სისტემების მდგომარეობას, დეტოქსიკაციას. სხეული. მეტაბოლური დარღვევების პროფილაქტიკა და კორექცია ფოსფორის შემცველი ლითონის კომპლექსონატების დახმარებით ძალზე ეფექტურია (Zholnin A.V., 2006). მიკრო და მაკრო ელემენტების მონელება 90-95%-მდე იზრდება. მიკრო და მაკრო ელემენტების გამოყენება არაორგანული ნაერთების სახით საკმარისად ეფექტური არ არის, რადგან ისინი ბიოლოგიურად არააქტიურ ფორმაშია. მათი მონელება ამ პირობებში 20-30%-ის ფარგლებშია, რის შედეგადაც ორგანიზმის მოთხოვნილება მიკრო და მაკროელემენტებზე საკმარისად დოზირებული და ხანგრძლივი გამოყენების შემთხვევაშიც კი არ კმაყოფილდება. ტექნოსფეროსა და ბიოსფეროს ურთიერთქმედების ანალიზი საშუალებას გვაძლევს განვიხილოთ ისინი ერთად, როგორც ერთიანი სისტემა - ეკოსფერო, რომელშიც კონცენტრირებულია ყველა თანამედროვე სოციალურ-, ეკოლოგიურ-ეკონომიკური პრობლემა. მთლიანობის პრინციპები ძალზე მნიშვნელოვანია თანამედროვე ეკოლოგიის პრობლემების გასაგებად, რომელთაგან მთავარია ცოცხალი ბუნების გამძლეობა და მასზე ადამიანთა საზოგადოების დამოკიდებულება. კაცობრიობამ უნდა ისწავლოს ბუნებასთან, მის კანონებთან ჰარმონიაში ცხოვრება და უნდა შეეძლოს წინასწარ განსაზღვროს მისი საქმიანობის შედეგების გავლენა ბიოლოგიურ სისტემებზე ყველა დონეზე, მათ შორის ეკოსფეროზე.

რუსეთში ეკოლოგიური, ბიოგეოქიმიური ვითარების წარმოდგენილი მოკლე მიმოხილვის საფუძველზე, ეჭვგარეშეა, რომ საჭიროა ახალი მეთოდოლოგიური მიდგომის დანერგვის აუცილებლობა ბიოსფეროს ბუნებრივი და ანომალიური და ტექნოგენური დაბინძურების შესასწავლად, რომლებიც განსხვავებულია. მათი შეღწევა ორგანიზმში, ტოქსიკურობა, კონცენტრაცია, ფორმები, მოქმედების ხანგრძლივობა, ბიოქიმიური რეაქციები.სხეულის სისტემები დამაბინძურებლების საპასუხოდ.

11.3. ბიოგეოქიმიური პროვინცია

ტექნოგენეზის, როგორც მძლავრი ანთროპოგენური ფაქტორის, რომელიც ასახავს საზოგადოების ტექნოლოგიის მდგომარეობას, შედეგია ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის (Au, Ag, Pb, Fe) ამოღება (კონცენტრაცია) და სხვათა (Cd, Hg, As, F, Pb) დაშლა. Al, Cr) ბიოსფეროში ან ორივე პროცესის კომბინაცია ერთდროულად.

ქიმიური ელემენტების ტექნოგენური ნაკადების შემოდინების ლოკალიზაცია და ინტენსივობა განსაზღვრავს წარმოქმნას ადამიანის მიერ შექმნილი ანომალიებიდა ბიოგეოქიმიური პროვინციები(BGHP) გარემოსდაცვითი დაძაბულობის სხვადასხვა ხარისხით. ასეთ ტერიტორიებზე, ტოქსიკური ნივთიერებების გავლენის ქვეშ, პათოლოგიური დარღვევები ხდება ადამიანებში, ცხოველებსა და მცენარეებში.

ბუნების მუდმივად მზარდი ტექნოგენური ტრანსფორმაციის თანამედროვე პირობებში ბიოსფეროს პროდუქტიულობისა და რესურსებისთვის გამოყენებული მასალებისა და ტექნოლოგიების ადეკვატურობის პრინციპი კარდინალური მნიშვნელობისაა. ქიმიური ელემენტების ბიოგენური მიგრაცია შეუზღუდავი არ არის. ის ისწრაფვის მისი მაქსიმალური გამოვლინებისკენ გარკვეულ საზღვრებში, რაც შეესაბამება ბიოსფეროს ჰომეოსტაზს, როგორც მისი მდგრადი განვითარების მთავარი საკუთრება.

„ბიოგეოქიმიური პროვინციის“ ცნება შემოიღო აკადემიკოსმა ა.პ. ვინოგრადოვი: ”ბიოგეოქიმიური პროვინციები დედამიწის ტერიტორიებია, რომლებიც განსხვავდებიან მეზობელი ტერიტორიებისგან მათში ქიმიური ელემენტების შემცველობით და, შედეგად, იწვევს განსხვავებულ ბიოლოგიურ რეაქციას ადგილობრივი ფლორისა და ფაუნისგან”. მოცემული BHCP-ში რომელიმე ელემენტის შემცველობის მკვეთრი უკმარისობის ან გადაჭარბების შედეგად, ბიოგეოქიმიური ენდემია- ადამიანების, მცენარეების და ცხოველების დაავადება.

ტერიტორიებს, რომლებშიც ადამიანებს, ცხოველებსა და მცენარეებს ახასიათებთ გარკვეული ქიმიური ელემენტარული შემადგენლობა, ეწოდება ბიოგეოქიმიური პროვინციები.

ბიოგეოქიმიური პროვინციები არის მესამე რიგის ბიოსფეროს ტაქსები - სხვადასხვა ზომის ტერიტორიები ბიოსფეროს ქვერეგიონებში, ორგანიზმების მუდმივი დამახასიათებელი რეაქციებით (მაგალითად, ენდემური დაავადებები). ორგანიზმში მიკროელემენტების დეფიციტით, სიჭარბით და დისბალანსით გამოწვეული პათოლოგიური პროცესები A.P. Avtsyn (1991) მოუწოდა microelementoses.

ქიმიური ელემენტების არათანაბარი განაწილება სივრცეში არის დედამიწის ქერქის გეოქიმიური სტრუქტურის დამახასიათებელი თვისება. მნიშვნელოვანი და სტაბილური შინაარსის გადახრები

ნებისმიერ ელემენტს კონკრეტულ რეგიონში ეწოდება გეოქიმიური ანომალიები.

დედამიწის ქერქში ქიმიური ელემენტების ჰეტეროგენურობის დასახასიათებლად ვ.ი. ვერნადსკიმ გამოიყენა კლარკის კონცენტრაცია K-მდე:

სადაც A არის ელემენტის შემცველობა კლდეში, მადანში და ა.შ. K საშუალო - დედამიწის ქერქში ელემენტის საშუალო კლარკული მნიშვნელობა.

დედამიწის ქერქში ელემენტის საშუალო კლარკული მნიშვნელობა ახასიათებს ე.წ გეოქიმიური ფონი.თუ კლარკის კონცენტრაცია ერთზე მეტია, ეს მიუთითებს ელემენტის გამდიდრებაზე; თუ ნაკლებია, ეს ნიშნავს მისი შინაარსის შემცირებას მთლიანი დედამიწის ქერქის მონაცემებთან შედარებით. იგივე ტიპის ანომალიების მქონე უბნები გაერთიანებულია ბიოგეოქიმიურ პროვინციებში. ბიოგეოქიმიური პროვინციები შეიძლება ამოწურული იყოს ზოგიერთ ელემენტში(კ-მდე< 1), და ამით გამდიდრდა(Kk > 1).

არსებობს ორი სახის ბიოგეოქიმიური პროვინცია - ბუნებრივი და ტექნოგენური. ტექნოგენური პროვინციები ყალიბდება მადნის საბადოების განვითარების, მეტალურგიული და ქიმიური მრეწველობის ემისიების, სოფლის მეურნეობაში სასუქების გამოყენების შედეგად. მიკროორგანიზმების აქტივობის შედეგად წარმოიქმნება ბუნებრივი ბიოგეოქიმიური პროვინციები, ამიტომ აუცილებელია ყურადღება მიაქციოთ მიკროორგანიზმების როლს გარემოს გეოქიმიური მახასიათებლების შექმნაში. ელემენტების ნაკლებობამ და სიჭარბემ შეიძლება გამოიწვიოს ბიოგეოქიმიური პროვინციების წარმოქმნა, როგორც ელემენტების ნაკლებობის გამო (იოდი, ფტორი, კალციუმი, სპილენძი და სხვა პროვინციები), ასევე მათი ჭარბი (ბორი, მოლიბდენი, ფტორი, ნიკელი, ბერილიუმი, სპილენძი და ა.შ.). ). საინტერესო და მნიშვნელოვანი პრობლემაა ბრომის დეფიციტი კონტინენტურ რეგიონებში, მთიან რეგიონებში და ბრომის ჭარბი რაოდენობა სანაპირო და ვულკანურ ლანდშაფტებში.

ბიოგეოქიმიური თვალსაზრისით, ეკოლოგიური დაძაბულობის მთელი რიგი ზონები შეიძლება ჩაითვალოს ბიოგეოქიმიურ პროვინციებად - ბიოსფეროს ლოკალურ არეებად - გარემოსა და ორგანიზმების ქიმიური ელემენტარული შემადგენლობის მკვეთრი ცვლილებით სასიცოცხლო მნიშვნელობის ადგილობრივი ბიოგეოქიმიური ციკლების დარღვევით. ქიმიური ელემენტები, მათი ნაერთები, ასოციაციები და პათოლოგიური სპეციფიკური რეაქციების გამოვლინება. განყოფილებაში განხილულია ბიოგეოქიმიური პროვინციების კლასიფიკაცია ტერიტორიების ეკოლოგიური მდგომარეობის მიხედვით.

გენეზის მიხედვით, BHCP იყოფა პირველადი, მეორადი, ბუნებრივი, ბუნებრივ-ტექნოლოგიური და ტექნოგენური და

ტორალურად, ისინი შეიძლება იყოს ზონალური, აზონური რეგიონისა და ქვერეგიონის ფარგლებში. BGCP-ის ეკოლოგიური ანალიზი ზემოქმედების ფაქტორებისა და გავრცელების არეალის მიხედვით აჩვენებს, რომ შემდეგი აზონალური და სუბრეგიონული პროვინციები ეკოლოგიურად ყველაზე არახელსაყრელია რუსეთში:

პოლიმეტალური Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, Cu-Ni-Co (სამხრეთ ურალი, ბაშკორტოსტანი, ჩარა, ნორილსკი, მედნოგორსკი) დომინანტური ასოციაციებით;

ნიკელის პროვინციები (ნორილსკი, მონჩეგორსკი, ნიკელი, პოლიარნი, არქტიკა, ტუვა);

ტყვია (ალტაი, კავკასია, ტრანსბაიკალია);

ვერცხლისწყალი (ალტაი, სახა, კემეროვოს რეგიონი);

ფტორის სიჭარბით (კიროვსკი, აღმოსავლეთ ტრანსბაიკალია, კრასნოიარსკი, ბრატსკი);

სუბრეგიონული პროვინციები ბორის და ბერილიუმის მაღალი შემცველობით (სამხრეთ ურალი).

ბუნებრივი და ბუნებრივ-ტექნოგენური ბიოგეოქიმიური პროვინციებიდან, სპილენძის, ნიკელის და კობალტის ჭარბი რაოდენობით გარემოში და ცხოველების ორგანიზმებში, უნდა აღინიშნოს ურალის არაერთი ადგილობრივი ტერიტორია. ამ პროვინციებმა მეცნიერთა ყურადღება ჯერ კიდევ 1950-იან წლებში მიიპყრო. მოგვიანებით, ბიოსფეროს სამხრეთ ურალის ქვერეგიონი უფრო დეტალურად იქნა შესწავლილი. იგი გამოიყოფა, როგორც დამოუკიდებელი ბიოგეოქიმიური ტაქსონი, რომელიც დაფუძნებულია შემდეგ ფაქტორებზე: ჰეტეროგენული მეტალოგენური სარტყლების არსებობა - სპილენძის საბადო და შერეული სპილენძის საბადო, ნიადაგების გამდიდრება მიკროელემენტებით, როგორიცაა Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn, რაც იწვევს სხეულის სხვადასხვა რეაქცია ამ ელემენტების სიჭარბეზე და ბიოსფეროს ქვერეგიონის გეოგრაფიული მდებარეობა, რომელიც ხასიათდება კლიმატური ერთიანობით. ბიოსფეროს სუბრეგიონის Cu-Zn და Ni-Co საბადოების ექსპლუატაციამ თითქმის ერთი საუკუნის განმავლობაში გამოიწვია ტექნოგენური პროვინციების ჩამოყალიბება, რომლებიც გამოირჩევიან ბიოსფეროს ამჟამინდელი გეოქიმიური მდგომარეობის დონეზე.

ამ ქვერეგიონში გამოვლენილია ბაიმაკის სპილენძ-თუთიის ბიოგეოქიმიური პროვინცია (ბაიმაკი, სიბაი), აგრეთვე იულდიბაევისა და ხალილოვის ნი-კო-კუ პროვინციები. პირველი პროვინციის სათიბ მცენარეებში სპილენძისა და თუთიის კონცენტრაცია საძოვრების მცენარეებში მერყეობს 14-51 (სპილენძი) და 36-91 (თუთია) მგ/კგ მშრალ ნივთიერებას შორის. ლითონების შემცველობა სხვა პროვინციების მცენარეებშია: 10-92 (ნიკელი), 0,6-2,4 (კობალტი), 10-43 (სპილენძი) მგ/კგ. ჩელიაბინსკის რეგიონის სამხრეთ რაიონებში სელენის შემცველობა ნიადაგებსა და მცენარეებში

ძალიან დაბალი (0,01-0,02 მგ/კგ), შესაბამისად, ამ ადგილებში აღინიშნა თეთრი კუნთების დაავადების მქონე ცხოველების დაავადება.

ჩელიაბინსკის ოლქის რაიონებში (ნაგაიბაქსკი, არგაიაშკი, ქალაქ პლასტთან, კიშტიმთან, კარაბაშთან), სელენის შემცველობა ნიადაგში, წყალში და საკვებში მაღალია - 0,4 მგ/კგ-მდე ან მეტი (Ermakov V.V., 1999). . მეტალურგიული საწარმოების ზონაში (მედნოგორსკი) მზარდ მცენარეებში ლითონების კონცენტრაცია აშკარად უფრო მნიშვნელოვანია. ცხოველებში სპილენძისა და ნიკელის ტოქსიკოზის ხშირი შემთხვევების (სპილენძის სიყვითლე, ჰიპერკუპროზისი, ნიკელის ეგზემატოზური დერმატოზი, ნიკელის კერატოზი, კიდურების ნეკროზი) და ნიკელის ბიოგეოქიმიური კრიტერიუმების გათვალისწინებით, განხილული ბიოგეოქიმიური პროვინციები შეიძლება მივაკუთვნოთ რისკსა და კრიზისულ ზონებს (Ermakov. V.V.V. , 1999; გრიბოვსკი გ.პ., 1995).

ურალებში არის ოქროს მადნის ზონების გეოქიმიური ანომალიები, რომლებიც ხასიათდება მძიმე მეტალების მარილების ბუნებრივი გამოყოფით ნიადაგსა და წყალში. ამ ზონებში დარიშხანის ბუნებრივი შემცველობა აღწევს 250 MPC, ტყვიის 50 MPC, გაიზარდა ვერცხლისწყლის და ქრომის შემცველობა ნიადაგებში. სოიმანოვსკაიას ხეობის ზონა ქალაქ მიასიდან ქალაქ კიშტიმამდე, ქალაქ კარაბაშის ჩათვლით, მდიდარია სპილენძის, თუთიის და ტყვიის ნიადაგის ფენით, რომელიც აღწევს 100 MPC-ს. კობალტის, ნიკელის, ქრომის ამონაკვეთები გადაჭიმულია მთელ რეგიონზე, ზოგჯერ ქმნის 200 MPC-მდე სასოფლო-სამეურნეო ნიადაგებისთვის. სამხრეთ ურალის ბუნებრივი და ტექნოგენური ანომალიების თავისებურებები მის ტერიტორიაზე ქმნიან გეოქიმიურ პროვინციებს, რომელთა ელემენტარულ შემადგენლობას შეუძლია გამოხატული გავლენა მოახდინოს სასმელი წყლის, ცხოველების, მცენარეების და ადამიანების ელემენტარულ შემადგენლობაზე.

ტექნოგენური პროვინციების შესწავლა არის ახალი უაღრესად რთული სამეცნიერო პრობლემა, რომლის გადაწყვეტა აუცილებელია თანამედროვე ეპოქაში ბიოსფეროს ფუნქციონირების ზოგადი ეკოლოგიური შეფასებისთვის და უფრო რაციონალური ტექნოლოგიების ძიებისთვის. პრობლემის სირთულე მდგომარეობს ტექნოგენური და ბუნებრივი ნაკადების და ქიმიური ელემენტების მიგრაციის ფორმების დიფერენცირების აუცილებლობაში, ტექნოგენური ფაქტორების ურთიერთქმედებაში და ორგანიზმებში გაუთვალისწინებელი ბიოლოგიური რეაქციების გამოვლინებაში. შეგახსენებთ, რომ სწორედ ამ სამეცნიერო მიმართულებამ, გეოქიმიურ ეკოლოგიასთან ერთად, შეუწყო ხელი ჩვენს ქვეყანაში მიკრო და მაკროელემენტური ჰომეოსტაზის დოქტრინის შემუშავებას და მათ კორექტირებას. ვ.ი. ვერნადსკის, ბიოსფეროს წამყვანი ფაქტორი ქიმიურია - „მიახლოებით გეოქიმიურად და გეოლოგიური ფენომენების შესწავლას, ჩვენ ვფარავთ ჩვენს გარშემო არსებულ მთელ ბუნებას იმავე ატომური ასპექტით“. მისი გავლენის ქვეშ,

დაიბადა ცოდნის ახალი სფერო - „გეოქიმიური გარემო და ჯანმრთელობა“

(Kowalsky V.V., 1991).

ჩელიაბინსკის რეგიონის კარტალინსკისა და ბრედინსკის რაიონებში მსხვილფეხა პირუტყვში გავრცელებულია ეპიდემიური ოსტეოდისტროფია, რომელიც გამოწვეულია კალციუმ-ფოსფორის მეტაბოლიზმის დარღვევით. დაავადების მიზეზი სტრონციუმის, ბარიუმის და ნიკელის სიჭარბეა. კალციუმის და ფოსფორის დეფიციტის აღმოფხვრა დაავადების შეჩერების საშუალებას იძლევა. ჩელიაბინსკის ოლქის სოსნოვსკის რაიონში პირუტყვს სპილენძის, თუთიის, მანგანუმის და იოდის დეფიციტი აღმოაჩნდა. ჩელიაბინსკის რეგიონის მრავალი ტერიტორიის ბიოლოგიურ სისტემებს აქვს რკინის მაღალი შემცველობა. შესაბამისად, იზრდება სპილენძის, მანგანუმის და E ვიტამინის ბიოტური კონცენტრაცია ცხოველის საკვებ რაციონში. შესაბამისად, რკინის სიჭარბემ შეიძლება გამოიწვიოს ორგანიზმში ამ ელემენტების დეფიციტის განვითარება კლინიკური გამოვლინებით. მაგალითად, ირღვევა ორგანიზმის რეპროდუქციული ფუნქცია.

მიღებული მონაცემები აჩვენებს ბიოგეოქიმიური პრინციპის მიხედვით ტერიტორიების ზონალური რუკების შესაბამისობას მოსახლეობის, ფერმის ცხოველებისა და მცენარეების ეკოლოგიური პორტრეტის მონაცემთა ბაზის შედგენით. სტატისტიკური ცოდნის დაგროვება შესაძლებელს გახდის ეკოლოგიურად ადაპტაციური პრინციპის განხორციელებას, ე.ი. რეგიონალური ღონისძიებების მთელი რიგის შემუშავება და განხორციელება, რათა აღმოფხვრას ბიოლოგიური სისტემების არაადაპტაცია სხვადასხვა ხარისხის ტოქსიკური და პროოქსიდანტური წნევის ტერიტორიებზე. ასეთ ინფორმაციას მოითხოვენ არა მხოლოდ სამედიცინო დაწესებულებები, არამედ გარემოს მონიტორინგის სადგურები, სანატორიუმები და საკურორტო დაწესებულებები, დემოგრაფიული სამსახურები, ინსტიტუტები და აგროინდუსტრიული კომპლექსის ორგანიზაციები.

11.4. ენდემური დაავადებები

გარემოს დაბინძურების ანთროპოგენური ფაქტორებით (ტექნოგენური) გამოწვეულ დაავადებებთან ერთად არის დაავადებები, რომლებიც დაკავშირებულია ბიოგეოქიმიური პროვინციების მახასიათებლებთან (ბუნებრივად არანორმალური).

დაავადებები და სინდრომები, რომელთა ეტიოლოგიაში მთავარ როლს ასრულებს საკვები ნივთიერებების ნაკლებობა (არსებითი)ელემენტები ან ბიოგენური და ტოქსიკური მიკროელემენტების სიჭარბე, აგრეთვე მათი დისბალანსი, მიკრო და მაკროელემენტების არანორმალური შეფარდების ჩათვლით

პოლიციელები წარმოდგენილია ადამიანის მიკროელემენტოზების სამუშაო კლასიფიკაციით (ცხრილი 11.1).

დადგენილია, რომ ზოგიერთ ბიოგეოქიმიურ პროვინციაში არის გარკვეული მიკროელემენტების სიჭარბე ან დეფიციტი, არ არის უზრუნველყოფილი ორგანიზმის დაბალანსებული მინერალური კვება, რაც იწვევს ამ ტერიტორიაზე დაავადებების გაჩენას.

გარკვეულ ზონაში ელემენტების სიჭარბით ან დეფიციტით გამოწვეულ დაავადებებს ენდემურ დაავადებებს უწოდებენ.ისინი ენდემურია. დაავადების სიმპტომები - ჰიპომიკროელემენტოზი - მოცემულია ცხრილში. 11.2.

ცხრილი 11.1.ადამიანის მიკროელემენტოზები

ცხრილი 11.2.ადამიანის ორგანიზმში ქიმიური ელემენტების დეფიციტის ტიპიური სიმპტომები

როგორც ცხრილიდან ჩანს, ორგანიზმში რკინის ნაკლებობით ვითარდება ანემია, რადგან ის სისხლში ჰემოგლობინის ნაწილია. ამ ელემენტის დღიური მიღება ორგანიზმში უნდა იყოს 12 მგ. თუმცა, რკინის სიჭარბე იწვევს თვალებისა და ფილტვების სიდეროზის, რაც დაკავშირებულია ამ ორგანოების ქსოვილებში რკინის ნაერთების დეპონირებასთან სატკას მთიან რაიონებში ურალებში. სომხეთში ნიადაგში მოლიბდენის გაზრდილი შემცველობაა, ამიტომ მოსახლეობის 37% განიცდის პოდაგრა.ორგანიზმში სპილენძის ნაკლებობა იწვევს სისხლძარღვების განადგურებას, ძვლების პათოლოგიურ ზრდას, შემაერთებელი ქსოვილის დეფექტებს. გარდა ამისა, სპილენძის დეფიციტი ხელს უწყობს კიბოს განვითარებას ხანდაზმულებში. ორგანოებში ჭარბი სპილენძი (ჰიპერმიკროელემენტოზი) იწვევს ფსიქიკურ აშლილობას და ზოგიერთი ორგანოს დამბლას. (ვილსონის დაავადება).სპილენძის დეფიციტი ბავშვებში თავის ტვინის დაავადებებს იწვევს (მენესის სინდრომი),რადგან ტვინს აკლია ციტოქრომ ოქსიდაზა. ურალში იოდის დეფიციტი საკვებში - იოდის ნაკლებობისგან ვითარდება გრეივსის დაავადება.ტრანსბაიკალიაში, ჩინეთში, კორეაში მოსახლეობას აწუხებს დეფორმირებული ართროზი (უროვის დაავადება).დაავადების თავისებურებაა ძვლების დარბილება და გამრუდება. ამ ტერიტორიების ნიადაგები გაზრდილია

შინაარსი Sr, Ba და შემცირებული Co, Ca, Cu. დადგენილია კორელაციის არსებობა Ca-ს დაბალ შემცველობასა და Sr-ის გაზრდილ შემცველობას შორის, კალციუმის ანალოგი, რომელიც უფრო ქიმიურად აქტიურია. ამიტომ უროვის დაავადების დროს დარღვეულია Ca-Sr მეტაბოლიზმი ძვლოვან ქსოვილში. ხდება ელემენტების შინაგანი გადანაწილება, კალციუმი ცვლის სტრონციუმს. შედეგად ვითარდება სტრონციუმის რაქიტი. ზოგიერთი ელემენტის სხვებით ჩანაცვლება განპირობებულია მათი ფიზიკოქიმიური მახასიათებლების სიახლოვით (იონის რადიუსი, იონიზაციის ენერგია, კოორდინაციის რიცხვი), მათი კონცენტრაციების და ქიმიური აქტივობის სხვაობა. ნატრიუმს ანაცვლებს ლითიუმი, კალიუმს რუბიდიუმით, ბარიუმს, მოლიბდენს ვანადიუმით. ბარიუმი, რომელსაც აქვს იგივე რადიუსი, როგორც კალიუმი, კონკურენციას უწევს ბიოქიმიურ პროცესებს. ამ ურთიერთშემცვლელობის შედეგად ვითარდება ჰიპოკალიემია. ბარიუმის იონები, რომლებიც შედიან ძვლოვან ქსოვილში, იწვევენ ენდემურ დაავადებას პაპინგი.

11.5. ორგანიზმის ლითონის ლიგანდის ჰომეოსტაზის დარღვევის შესაძლო შემთხვევები

ორგანიზმისთვის დამახასიათებელია ლითონის იონებისა და ლიგანდების კონცენტრაციის მუდმივი დონის შენარჩუნება, ე.ი. ლითონ-ლიგანდის ბალანსის შენარჩუნება (მეტალ-ლიგანდის ჰომეოსტაზი). ის შეიძლება დაირღვეს მრავალი მიზეზის გამო.

პირველი მიზეზი.ტოქსიკური იონები (Mt) ორგანიზმში შედიან გარემოდან (Be, Hg, Co, Te, Pb, Sr და სხვ.). ისინი ქმნიან უფრო ძლიერ კომპლექსურ ნაერთებს ბიოლიგანდებთან, ვიდრე ბიომეტალები. კრისტალური მედის კვანძებში წარმოქმნილი ნაერთების უფრო მაღალი ქიმიური აქტივობის და დაბალი ხსნადობის შედეგად, კალციუმის ჰიდროქსიდის ფოსფატთან Ca 5 (PO 4) 3 OH და მის ნაცვლად, კალციუმის თვისებებით მსგავსი სხვა ლითონების ნაერთებთან ერთად. (იზომორფიზმი) შეიძლება დალექილი იყოს: ბერილიუმი, კადმიუმი, ბარიუმი, სტრონციუმი. ფოსფატის იონის ამ კონკურენტულ კომპლექსში ისინი აჯობებენ კალციუმს.

გარემოში მძიმე მეტალების თუნდაც მცირე კონცენტრაციის არსებობა ორგანიზმში პათოლოგიურ ცვლილებებს იწვევს. სასმელ წყალში კადმიუმის ნაერთების მაქსიმალური დასაშვები კონცენტრაციაა 0,01 მგ/ლ, ბერილიუმი – 0,0002 მგ/ლ, ვერცხლისწყალი – 0,005 მგ/ლ, ტყვია – 0,1 მგ/ლ. ბერილიუმის იონები არღვევენ კალციუმის ძვლოვან ქსოვილში შეყვანის პროცესს, რაც იწვევს მის დარბილებას, რაც იწვევს ბერილიოზს (ბერილიუმის რაქიტი). კალციუმის იონების ჩანაცვლება

სტრონციუმი იწვევს ნაკლებად ხსნადი ნაერთის Sr 5 (PO 4) 3 OH წარმოქმნას. განსაკუთრებით საშიშია კალციუმის იონების ჩანაცვლება რადიონუკლიდის სტრონციუმ-90 იონებით. რადიონუკლიდი, რომელიც შედის ძვლოვან ქსოვილში, ხდება რადიაციის შიდა წყარო, რაც იწვევს ლეიკემიის, სარკომის განვითარებას.

Hg, Pb, Fe იონები რბილი მჟავებია და ქმნიან უფრო ძლიერ ნაერთებს გოგირდის იონებთან, ვიდრე ბიომეტალის იონები, რომლებიც მყარი მჟავებია. ამრიგად, არსებობს კონკურენცია -S-H ლიგანდისთვის ტოქსიკანტსა და მიკროელემენტს შორის. პირველი იმარჯვებს კონკურენციაში ფერმენტების აქტიური უბნების ბლოკირებით და მათ მეტაბოლური კონტროლისგან გამორიცხვით. ლითონებს Hg, Pb, Bi, Fe და As ეწოდება თიოლის შხამებს. დარიშხანის (V) და განსაკუთრებით დარიშხანის (III) ნაერთები ძალიან ტოქსიკურია. ტოქსიკურობის ქიმია შეიძლება აიხსნას დარიშხანის უნარით დაბლოკოს ფერმენტების სულფჰიდრილური ჯგუფები და სხვა ბიოლოგიურად აქტიური ნაერთები.

მეორე მიზეზი.ორგანიზმი იღებს ორგანიზმის სიცოცხლისთვის აუცილებელ მიკროელემენტს, მაგრამ გაცილებით მაღალი კონცენტრაციით, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს ბიოგეოქიმიური პროვინციების მახასიათებლებით ან ადამიანის არაგონივრული აქტივობის შედეგით. მაგალითად, ყურძნის მავნებლების გასაკონტროლებლად გამოიყენება მედიკამენტები, რომელთა აქტიური პრინციპია სპილენძის იონები. შედეგად, ნიადაგში, წყალსა და ყურძენს აქვს სპილენძის იონების გაზრდილი შემცველობა. ორგანიზმში სპილენძის მომატებული შემცველობა იწვევს რიგი ორგანოების დაზიანებას (თირკმელების, ღვიძლის, მიოკარდიუმის ინფარქტის, რევმატიზმის, ბრონქული ასთმის ანთება). ორგანიზმში სპილენძის მომატებული შემცველობით გამოწვეულ დაავადებებს ჰიპერკუპრემია ეწოდება. ასევე ვითარდება პროფესიული ჰიპერკუპრეოზი. ორგანიზმში რკინის ჭარბი რაოდენობა იწვევს სიდეროზის განვითარებას.

მესამე მიზეზი.კვალი ელემენტების დისბალანსი შესაძლებელია არამიღების ან არასაკმარისი მიღების შედეგად, რაც ასევე შეიძლება დაკავშირებული იყოს ბიოგეოქიმიური პროვინციების მახასიათებლებთან ან წარმოებასთან. მაგალითად, ჩვენი ქვეყნის ტერიტორიის თითქმის ორ მესამედს ახასიათებს იოდის ნაკლებობა, კერძოდ, მთიან რაიონებში, მდინარის ხეობებში, ეს იწვევს ფარისებრი ჯირკვლის ენდემურ გადიდებას და ჩიყვს ადამიანებსა და ცხოველებში. პროფილაქტიკური იოდიზაცია ხელს უწყობს ენდემებისა და ეპიზოოტიების პრევენციას.

ფტორის ნაკლებობა იწვევს ფლუოროზს. კობალტის იონები დეფიციტურია ნავთობის წარმოების ადგილებში.

მეოთხე მიზეზი.აზოტის, ფოსფორის, ჟანგბადის და გოგირდის შემცველი ტოქსიკური ნაწილაკების კონცენტრაციის გაზრდა, რომელსაც შეუძლია შექმნას ძლიერი ბმები ბიომეტალურ იონებთან (CO, CN - , -SH). სისტემაში არის რამდენიმე ლიგანდი და ერთი ლითონის იონი, რომელსაც შეუძლია შექმნას რთული ნაერთი ამ ლიგანდებთან. ამ შემთხვევაში შეინიშნება კონკურენტული პროცესები - კონკურენცია ლიგანდებს შორის ლითონის იონისთვის. გაიმარჯვებს ყველაზე გამძლე კომპლექსის ფორმირების პროცესი. M6L6 + Lt - MbLt + Lb, სადაც Mb არის ბიოგენური ლითონის იონი; ლბ - ბიოლიგანდი; Lt არის ტოქსიკური ლიგანდი.

კომპლექსი ქმნის ლიგანდს უფრო მაღალი კომპლექსური უნარით. გარდა ამისა, შესაძლებელია შერეული ლიგანტური კომპლექსის ჩამოყალიბება, მაგალითად, ჰემოგლობინში რკინის (II) იონი ქმნის კომპლექსს ნახშირბადის მონოქსიდთან CO, რომელიც 300-ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე ჟანგბადის კომპლექსი:

ნახშირბადის მონოქსიდის ტოქსიკურობა აიხსნება კონკურენტული კომპლექსურობის, ლიგანდის გაცვლის წონასწორობის შეცვლის შესაძლებლობით.

მეხუთე მიზეზი.მიკროელემენტის ცენტრალური ატომის დაჟანგვის ხარისხის ცვლილებები ან ბიოკომპლექსის კონფორმაციული სტრუქტურის ცვლილებები, წყალბადის ბმების წარმოქმნის უნარის ცვლილება. მაგალითად, ნიტრატებისა და ნიტრიტების ტოქსიკური მოქმედება ასევე ვლინდება იმაში, რომ მათი გავლენით ჰემოგლობინი გარდაიქმნება მეტემოგლობინად, რომელსაც არ შეუძლია ჟანგბადის ტრანსპორტირება, რაც იწვევს ორგანიზმის ჰიპოქსიას.

11.6. ტოქსიკური და არატოქსიკური ელემენტები. მათი პოზიცია D.I.MENDELEEV-ის პერიოდულ სისტემაში

პირობითად, ელემენტები შეიძლება დაიყოს ტოქსიკურ და არატოქსიკურებად. ტოქსიკური ელემენტები არის ქიმიური ელემენტები, რომლებიც უარყოფითად მოქმედებენ ცოცხალ ორგანიზმებზე, რაც ვლინდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც მიიღწევა გარკვეული კონცენტრაცია და ფორმა, რომელიც განისაზღვრება ორგანიზმის ბუნებით. ყველაზე ტოქსიკური ელემენტები განლაგებულია პერიოდულ სისტემაში კომპაქტურად 4.5 და 6 პერიოდებში (ცხრილი 11.3).

Be და Ba-ს გარდა, ეს ელემენტები ქმნიან სტაბილურ სულფიდურ ნაერთებს. სპილენძის, ვერცხლის, ოქროს მარილები ურთიერთქმედებენ ტუტე ლითონის სულფიდებთან წყალბადის სულფიდთან და წარმოქმნიან უხსნად ნაერთებს. ამ ლითონების კათიონები ურთიერთქმედებენ ნივთიერებებთან, რომლებიც მოიცავს გოგირდის შემცველ ჯგუფებს. სპილენძის ნაერთების ტოქსიკურობა განპირობებულია იმით, რომ სპილენძის იონები ურთიერთქმედებენ სულფჰიდრილ ჯგუფებთან -SH (ცილებთან შეკავშირება) და ამინო ჯგუფებთან -NH 2 (ცილის ბლოკირება). ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ქელატური ტიპის ბიოკლასტერები. ვერცხლისწყლის ამინოქლორიდს შეუძლია ურთიერთქმედება ბიოლოგიურ სისტემებში ცილების სულფჰიდრილ ჯგუფებთან რეაქციის მიხედვით:

ცხრილი 11.3.ტოქსიკური ელემენტების პოზიცია D.I.მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში

არსებობს მოსაზრება, რომ ტოქსიკური ეფექტის ძირითადი მიზეზი დაკავშირებულია გარკვეული ფუნქციური ჯგუფების ბლოკირებასთან ან ზოგიერთი ფერმენტიდან ლითონის იონების გადაადგილებასთან, როგორიცაა Cu, Zn. განსაკუთრებით ტოქსიკური და ფართოდ გავრცელებულია Hg, Pb, Be, Co, Cd, Cr, Ni, რომლებიც კონკურენციას უწევენ ბიომეტალებს დაკომპლექსების პროცესში და შეუძლიათ მათი გადაადგილება ბიოკომპლექსებიდან:

სადაც Mb არის ბიოგენური ლითონის იონი; Mt - ტოქსიკური ელემენტის იონი; ლბ - ბიოლიგანდი.

ტოქსიკურობა განისაზღვრება, როგორც სხეულის ფუნქციის ნებისმიერი პათოლოგიური ცვლილების საზომი ქიმიური აგენტის მოქმედების გამო. ტოქსიკურობა შედარებითი მახასიათებელია, ეს მნიშვნელობა საშუალებას გაძლევთ შეადაროთ სხვადასხვა ნივთიერების ტოქსიკური თვისებები (ცხრილი 11.4). ბიოგენური ელემენტები უზრუნველყოფენ ორგანიზმის სასიცოცხლო პროცესების დინამიური ბალანსის შენარჩუნებას. ტოქსიკურმა ელემენტებმა, ისევე როგორც საკვები ნივთიერებების სიჭარბემ, შეიძლება გამოიწვიოს შეუქცევადი

ბიოლოგიურ სისტემებში დინამიური ბალანსის ცვლილებები, რაც იწვევს პათოლოგიის განვითარებას.

ცხრილი 11.4.ლითონის იონების შედარებითი ტოქსიკურობა

ელემენტები არათანაბრად ნაწილდება ორგანოებში, ქსოვილებსა და უჯრედებში. ეს დამოკიდებულია ელემენტის ქიმიურ თვისებებზე, მისი შესვლის მარშრუტზე და მოქმედების ხანგრძლივობაზე.

ნივთიერების მავნე მოქმედება ვლინდება სხვადასხვა სტრუქტურულ დონეზე: მოლეკულურ, უჯრედულ და ორგანიზმის დონეზე. ყველაზე მნიშვნელოვანი ანომალიური ეფექტები ხდება მოლეკულურ დონეზე: ფერმენტების დათრგუნვა, მაკრომოლეკულების შეუქცევადი კონფორმაციული ცვლილებები და, შედეგად, მეტაბოლიზმის და სინთეზის სიჩქარის ცვლილებები და მუტაციების წარმოქმნა. ტოქსიკური გამოვლინებები დამოკიდებულია ნივთიერების კონცენტრაციაზე და დოზაზე. დოზები ხარისხობრივად შეიძლება დაიყოს კატეგორიებად ეფექტის გაზრდის ხარისხის მიხედვით:

1) შესამჩნევი ეფექტების გარეშე;

2) სტიმულაცია;

3) თერაპიული ეფექტი;

4) ტოქსიკური ან დამაზიანებელი ეფექტი;

5) ლეტალური შედეგი.

ყველა ნივთიერებას არ შეუძლია გამოიწვიოს მასტიმულირებელი და თერაპიული ეფექტი. მაქსიმალურ ტოქსიკურობას ავლენს ქიმიურად ყველაზე აქტიური ნაწილაკები, კოორდინაციულად უჯერი იონები, რომლებიც მოიცავს თავისუფალი ლითონების იონებს. ტოქსიკოლოგიის მიერ დაგროვილი ინფორმაცია დამაჯერებლად აჩვენებს, რომ არაორგანული ლითონის ნაერთების - ოქსიდების და მარილების ტოქსიკურობა ელემენტარული ფორმის ლითონების ტოქსიკურობის ფუნქციაა. ამრიგად, დაჟანგვას არ აქვს გადამწყვეტი გავლენა ტოქსიკურობაზე, მაგრამ მხოლოდ ცვლის მის ხარისხს ამა თუ იმ ხარისხით. ყველა ლითონის ოქსიდი ნაკლებად ტოქსიკურია, ვიდრე მათი მარილები და ელემენტის ტოქსიკურობის მატებასთან ერთად, ოქსიდებსა და მარილებს შორის ტოქსიკურობის ხარისხი მცირდება. იონის ელექტროფილური თვისებების შემცირება, შესაბამისად, იწვევს ორგანიზმზე მისი ტოქსიკური ეფექტის შემცირებას.

თავისუფალი ლითონის იონების ქელაცია პოლიდენტატ ლიგანდებთან გარდაქმნის მათ სტაბილურ, უფრო კოორდინირებულად გაჯერებულ ნაწილაკებად, რომლებსაც არ შეუძლიათ ბიოკომპლექსების განადგურება და, შესაბამისად, დაბალი ტოქსიკურობა. ისინი მემბრანგამტარები არიან, შეუძლიათ ტრანსპორტირება და ორგანიზმიდან გამოდევნა. ამრიგად, ელემენტის ტოქსიკურობა განისაზღვრება მისი ბუნებით, დოზით და მოლეკულური ფორმით, რომელიც შეიცავს ელემენტს. შესაბამისად, არ არსებობს ტოქსიკური ელემენტები, მხოლოდ ტოქსიკური კონცენტრაციები და ფორმები.

ნაერთების ტოქსიკური ეფექტი სხვადასხვა სტრუქტურულ დონეზე ვლინდება არათანაბრად. სტრუქტურები, რომლებშიც ელემენტის კუმულაცია მაქსიმალურია, ექვემდებარება უდიდეს ტოქსიკურ ეფექტს. ამასთან დაკავშირებით, დაინერგა უჯრედისა და ორგანოს კრიტიკული კონცენტრაციის ცნებები, კრიტიკული ეფექტი (Yershov Yu.A., Pletneva TV, 1989).

ცხრილი 11.5.ტექნოგენური გარემო დამაბინძურებლების ბიოგეოქიმიური თვისებები, რომლებიც ყველაზე ფართოდ გამოიყენება საწარმოო საქმიანობაში (A.R. Tairova, A.I. Kuznetsov, 2006 წ.)

შენიშვნა: B - მაღალი; U - ზომიერი; H - დაბალი.

ელემენტის კრიტიკული კონცენტრაცია უჯრედისთვის არის ისეთი მინიმალური კონცენტრაცია, რომლის მიღწევის შემდეგ უჯრედში ხდება პათოლოგიური ფუნქციური ცვლილებები - შექცევადი ან შეუქცევადი.უჯრედისთვის ტოქსიკური ელემენტის კრიტიკული კონცენტრაციის არსებობა დაკავშირებულია უჯრედში ფუნქციების რეგულირების გარკვეული რეზერვის არსებობასთან და მიუთითებს ორგანიზმში ელემენტის ტოქსიკური ეფექტის უჯრედული ჰომეოსტაზის არსებობაზე.

ელემენტის კრიტიკული კონცენტრაცია ორგანოსთვის არის ისეთი საშუალო კონცენტრაცია, რომლის მიღწევისას შეინიშნება მისი ფუნქციის დარღვევა.ორგანოსთვის კრიტიკული კონცენტრაცია შეიძლება იყოს ბევრად მეტი ან ნაკლები, ვიდრე კრიტიკული კონცენტრაცია ცალკეული უჯრედისთვის. მოცემული ელემენტისთვის კრიტიკული ორგანო არის პირველი ორგანო, რომელშიც ელემენტმა მიაღწია კრიტიკულ კონცენტრაციას მოცემულ პირობებში (WHO Hygiene Criteria, 1981). ზოგიერთ შემთხვევაში უფრო სწორია საუბარი არა ორგანოზე, არამედ კრიტიკულ სისტემაზე (ფერმენტი, ორგანელა, უჯრედი, ორგანო, ფუნქციური სისტემა).

ელემენტის კონცენტრაციის მთლიან დოზაზე დამოკიდებულების ბუნების დადგენა, ტოქსიკურ-კინეტიკური მოდელები იძლევა საშუალებას (Filonov A.A., 1973; Soloviev V.N. et al., 1980).

ბრინჯი. 11.1.არაორგანული ნივთიერებების ორგანიზმში გავლის ზოგადი ტოქსიკურ-კინეტიკური მოდელი (Yershov Yu.A., Pleteneva T.V., 1989)

ასეთი მოდელები ასახავს სხეულში ქიმიური აგენტების შეყვანის კინეტიკას, მათ ტრანსფორმაციას, შთანთქმას და ორგანიზმიდან გამოყოფას.

(ნახ. 11.1).

ზოგიერთი ელემენტის ტოქსიკური ეფექტი წარმოდგენილია ცხრილში. 11.6.

მაგიდის გაგრძელება. 11.6ცხრილი 11.6.ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის ტოქსიკურობის ეფექტი

მაგიდის დასასრული. 11.6

Შენიშვნა. ელემენტების ტოქსიკურობის ეფექტი უნდა იქნას გამოყენებული ქიმიური ელემენტების ბიოსამედიცინო მნიშვნელობის განხილვისას.

მიკროელემენტოლოგია სწავლობს ორი სახის პრობლემას. პირველ რიგში, ეს არის კონცენტრაციის ინტერვალები, მიკროელემენტების ნაერთების ფორმები და პირობები, რომლებშიც ვლინდება ბიოგენური ეფექტი, რომელთა ღირებულება შედარებულია ვიტამინების ღირებულებასთან, რომლებიც არ არის სინთეზირებული ორგანიზმში, მაგრამ არის აუცილებელი საკვები ნივთიერებები. ჰიპომიკროელემენტოზებით - ME დეფიციტით გამოწვეული დაავადებები, ხდება დეფიციტური დაავადებები. მეორეც, ტოქსიკურობის საზღვრები, კვალი ელემენტების, როგორც გარემოს დამაბინძურებლების კუმულაციური ეფექტი.

ორგანიზმების ამ ელემენტებთან კონტაქტის სხვადასხვა ფორმებთან ერთად ხდება დაავადებები და ინტოქსიკაციის სინდრომები - ტოქსიკოპათიები. პრობლემის სირთულე მდგომარეობს არა მხოლოდ იმაში, რომ უკმარისობისა და ინტოქსიკაციის გამოვლინებები უკიდურესად მრავალფეროვანია, არამედ იმაშიც, რომ თავად არსებითი მიკროელემენტები გარკვეულ პირობებში იწვევენ ტოქსიკურ რეაქციებს და დამაბინძურებლებს გარკვეული დოზით და ექსპოზიციით შეუძლიათ. იყოს სასარგებლო. (საპირისპირო ეფექტი).ეს მჭიდრო კავშირშია მათ ურთიერთგავლენასთან, რომელიც შეიძლება იყოს როგორც სინერგიული, ასევე ანტაგონისტური. მიკროელემენტოლოგიაში ბევრი რამ, განსაკუთრებით ორგანიზმში ME დისბალანსის პრობლემაში, ჯერ კიდევ არ არის საკმარისად შესწავლილი.

11.7. ქსენობიოტებისაგან ორგანიზმის შიდა გარემოს დაცვის მექანიზმები

ბუნებამ დიდი ზრუნვა გამოავლინა სხეულის მეტალო-ლიგანტური ჰომეოსტაზის შესანარჩუნებლად, სხეულის შინაგანი გარემოს სისუფთავის შესანარჩუნებლად. ნარჩენების გატანის უზრუნველყოფა ზოგჯერ უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე გალიის კვება. საკვები ნივთიერებების მიწოდება ხდება ერთი სისტემით - სისხლის მიმოქცევის სისტემით, ხოლო ნარჩენები გამოიყოფა ორი - სისხლის მიმოქცევის და ლიმფური სისტემებით. როგორც ჩანს, პატარა „ნაგავი“ პირდაპირ სისხლში გადადის, დიდი კი – ლიმფში. ლიმფურ კვანძებში ლიმფა გაწმენდილია ტოქსიკური ნარჩენებისგან.

არსებობს სხეულის შიდა გარემოს დაცვის შემდეგი მექანიზმები.

1. ბარიერები, რომლებიც ხელს უშლის ქსენობიოტიკების შეღწევას სხეულის შინაგან გარემოში და განსაკუთრებით მნიშვნელოვან ორგანოებში (ტვინი, სასქესო ორგანო და ზოგიერთი სხვა ენდოკრინული ჯირკვალი). ეს ბარიერები იქმნება ერთი ან მრავალშრიანი უჯრედის ფურცლებით. თითოეული უჯრედი დაფარულია მემბრანით, რომელიც შეუღწევადია მრავალი ნივთიერებისთვის. ბარიერების როლს ცხოველებში და ადამიანებში ასრულებს კანი, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის შიდა ზედაპირი და სასუნთქი გზები. თუ ქსენობიოტიკი შეაღწევს სისხლში, მაშინ ცენტრალურ ნერვულ სისტემაში, ენდოკრინულ ჯირკვლებში, მას შეხვდება ჰისტოჰემატური ბარიერები, ე.ი. ბარიერები ქსოვილსა და სისხლს შორის.

2. სატრანსპორტო მექანიზმები უზრუნველყოფს ქსენობიოტიკების ორგანიზმიდან გამოდევნას. ისინი გვხვდება ადამიანის ბევრ ორგანოში. ყველაზე ძლიერი არის ღვიძლისა და თირკმლის მილაკების უჯრედებში. თავის ტვინის პარკუჭებში აღმოჩენილია სპეციალური წარმონაქმნები, რომლებიც ცერებროსპინალური სითხიდან უცხო ნივთიერებებს (თხევადი,

ტვინის გამორეცხვა) სისხლში. არსებობს, როგორც იქნა, ქსენობიოტიკების გამოყოფის ორი ტიპი: ისინი, რომლებიც ასუფთავებენ მთელი ორგანიზმის შინაგან გარემოს და ისინი, რომლებიც ინარჩუნებენ ერთი ორგანოს შიდა გარემოს სისუფთავეს. ექსკრეციული სისტემის მუშაობის პრინციპი იგივეა: სატრანსპორტო უჯრედები ქმნიან ფენას, რომლის ერთი მხარე ესაზღვრება სხეულის შიდა გარემოს, ხოლო მეორე - გარე. უჯრედის მემბრანა არ აძლევს ქსენობიოტიკებს გავლის საშუალებას, მაგრამ ეს მემბრანა შეიცავს გადამტან პროტეინს, რომელიც ცნობს „მავნე“ ნივთიერებას და გადასცემს მას გარე გარემოში. ანიონები გამოიყოფა ერთი ტიპის მატარებლით, ხოლო კათიონები - მეორე. აღწერილია ორასზე მეტი მატარებელი, მათ შორისაა s-ელემენტების კომპლექსონატები. მაგრამ სატრანსპორტო სისტემები არ არის ყოვლისშემძლე. სისხლში შხამის მაღალი კონცენტრაციით, მათ არ აქვთ დრო, რომ გამოიყენონ სრულიად ტოქსიკური ნაწილაკები და მესამე დამცავი მექანიზმი მოდის სამაშველოში.

3. ფერმენტული სისტემები, რომლებიც გარდაქმნიან ქსენობიოტიკებს ნაერთებად, ნაკლებად ტოქსიკურია და უფრო ადვილად იშლება ორგანიზმიდან. ისინი ახდენენ ქსენობიოტიკური ურთიერთქმედების პროცესებს სხვა ნივთიერებების მოლეკულებთან. ურთიერთქმედების პროდუქტები ადვილად იშლება ორგანიზმიდან. ყველაზე ძლიერი ფერმენტული სისტემები გვხვდება ღვიძლის უჯრედებში. უმეტეს შემთხვევაში, მას შეუძლია გაუმკლავდეს ამ ამოცანას და გაანეიტრალოს საშიში ნივთიერებები.

4. ქსოვილის საცავი, სადაც, თითქოს დაპატიმრებული, ნეიტრალიზებული ქსენობიოტიკები შეიძლება დაგროვდეს და იქ დიდხანს დარჩეს. მაგრამ ეს არ არის ექსტრემალურ პირობებში ქსენობიოტიკებისგან სრული დაცვის საშუალება.

სწორედ ამიტომ გაჩნდა იდეა ბუნებრივი ბიოლოგიური სისტემების საუკეთესო მაგალითების მსგავსი დაცვის სისტემების ხელოვნურად შექმნაზე.

11.8. დეინტოქსიკაციის თერაპია

დეტოქსიკაციის თერაპია - ეს არის თერაპიული ღონისძიებების კომპლექსი, რომელიც მიზნად ისახავს ორგანიზმიდან შხამის გამოდევნას ან ანტიდოტების დახმარებით შხამის განეიტრალებას. ნივთიერებებს, რომლებიც აღმოფხვრის შხამების გავლენას ბიოლოგიურ სტრუქტურებზე და ახდენენ შხამების ინაქტივაციას ქიმიური რეაქციების გზით, ანტიდოტი ეწოდება.

ფიზიკური და ქიმიური ბიოლოგიის განვითარებამ შექმნა შესაძლებლობები ტოქსიკური მოლეკულებისა და იონების ორგანიზმის გაწმენდის სხვადასხვა მეთოდების შემუშავებისა და გამოყენებისთვის. მეთოდები, რომლებიც გამოიყენება სხეულის დეტოქსიკაციისთვის დიალიზი,სორბცია და ქიმიური რეაქციები. დიალიზი

თირკმლის მეთოდებს უწოდებენ. ჰემოდიალიზის დროს სისხლი გამოყოფილია დიალიზატისგან ნახევრად გამტარი მემბრანით და სისხლიდან ტოქსიკური ნაწილაკები პასიურად გადის მემბრანაში სითხეში კონცენტრაციის გრადიენტის შესაბამისად. მიმართეთ კომპენსატორულ დიალიზს, ვივიდიალიზაციას. კომპენსატორული დიალიზის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ დიალიზატორში არსებული სითხე ირეცხება არა სუფთა გამხსნელით, არამედ ნივთიერებების სხვადასხვა კონცენტრაციის მქონე ხსნარებით. კომპენსაციის პრინციპზე ვივიდიფუზიამოწყობილობა შეიქმნა და დაასახელა "ხელოვნური თირკმელი"რომლითაც შეგიძლიათ გაასუფთავოთ სისხლი ნივთიერებათა ცვლის პროდუქტებისგან და, შესაბამისად, დროებით დაიცვათ დაავადებული თირკმლის ფუნქცია. "ხელოვნური თირკმლის" გამოყენების ჩვენებაა თირკმელების მწვავე უკმარისობა ურემიით სისხლის გადასხმის შემდეგ, დამწვრობით, ორსულობის ტოქსიკოზით და ა.შ. სისხლის დეტოქსიკაციის ბუნებრივი მექანიზმების მოდელირებას სხვადასხვა სორბციულ მოწყობილობებში ნახშირბადის სორბენტების, იმუნოსორბენტების, იონგაცვლის ფისების და სხვათა გამოყენებით ეწოდება ჰემოსორბცია. ის, ისევე როგორც მისი პლაზმური და ლიმფის სორბცია, გამოიყენება სისხლიდან სხვადასხვა ტოქსიკური ნივთიერებების, ვირუსებისა და ბაქტერიების მოსაშორებლად. შეიქმნა მაღალი სპეციფიკური სორბენტები სპეციფიკური მეტაბოლიტების, იონებისა და ტოქსინებისთვის. მათ აქვთ ორგანიზმიდან ჰიდროფობიური მაკრომოლეკულური ნაერთების ამოღების უნიკალური უნარი, რომელთა შორის ბევრია უაღრესად ტოქსიკური და ბალასტური ნივთიერება (ქოლესტერინი, ბილირუბინი და ა.შ.). სორბციის მეთოდები საშუალებას გაძლევთ გავლენა მოახდინოთ სხეულის იმუნორეაქტიულობაზე იმუნოგლობულინების, კომპლემენტის, ანტიგენ-ანტისხეულების კომპლექსების ამოღებით.

სორბციის მეთოდებს შორის ენტეროსორბციას ფართო გამოყენება ჰპოვა. ენტეროსორბცია- მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია კუჭ-ნაწლავის ტრაქტიდან შეკავშირებასა და გამოყოფაზე ენდოგენური და ეგზოგენური ნივთიერებების, სუპრამოლეკულური სტრუქტურებისა და უჯრედების თერაპიული ან პროფილაქტიკური მიზნით. ენტეროსორბენტები -სხვადასხვა სტრუქტურის სამკურნალო პრეპარატები - ახორციელებენ კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში ეგზოგენური და ენდოგენური ნივთიერებების შებოჭვას ადსორბციით, აბსორბციით, იონის გაცვლით და კომპლექსის წარმოქმნით.

ენტეროსორბენტები კლასიფიცირდება მათი ქიმიური სტრუქტურის მიხედვით: გააქტიურებული ნახშირბადები, სილიციუმის გელი, ცეოლიტები, ალუმოგელი, ალუმოსილიკატები, ოქსიდები და სხვა არაორგანული სორბენტები, დიეტური ბოჭკოები, ორგანული მინერალური და კომპოზიტური სორბენტები.

ბაქტერიული ტოქსინები, ბიოაქტიური ნაწლავის პეპტიდები, ტოქსიკური მეტაბოლიტები, რადიონუკლიდები ორგანიზმიდან გამოიყოფა ენტეროსორბციით ნახშირბადის სორბენტების ან ნახშირბად-მინერალური სორბენტების გამოყენებით დადებითად დამუხტული ზედაპირით. გამოიყენება კომპლექსში

მთელი რიგი დაავადებების თერაპია: ფსორიაზი, ბრონქული ასთმა, კუჭ-ნაწლავის დაავადებები. კარგი შედეგები იქნა მიღებული პლაზმური სორბციით, რომელიც აერთიანებს დეტოქსიკაციის ორ მეთოდს: ჰემოსორბციას და პლაზმაფერეზის.

ორგანიზმის დეტოქსიკაციის პრობლემის გადაჭრის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიმართულებაა ხელოვნური გამწმენდი ორგანოების შემუშავება და გამოყენება: „ხელოვნური თირკმელი“ და „დამხმარე ღვიძლი“. მოწყობილობა "დამხმარე ღვიძლი", რომელიც შემუშავებულია პროფესორ ვ.ე. რიაბინინი იღებს სამუშაოს უმეტესობას სხეულის დეტოქსიკაციისა და მეტაბოლიზმის გაუმჯობესებაზე. მან შექმნა ღორის ღვიძლისგან დამზადებული პრეპარატი, რომელიც ურთიერთქმედებს პაციენტის სისხლთან ნახევრად გამტარი გარსის მეშვეობით. პრეპარატის მოქმედება ეფუძნება ციტოქრომ P 450-ის ფუნქციონირების პრინციპებს. ღვიძლში უწყვეტი მუშაობისას 6-8 საათის განმავლობაში ინარჩუნებს ფუნქციურ აქტივობას.ექსპერიმენტის დაწყებიდან ერთი საათის განმავლობაში სისხლიდან გამოიყოფა ამიაკის 84%-მდე, ხოლო ორი საათის შემდეგ - 91%. ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ღვიძლის მწვავე და ქრონიკული დაავადებების, ინფექციური დაავადებების, დაზიანებებისა და დამწვრობის დროს.

დეტოქსიკაციის ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული, ხელმისაწვდომი და მარტივი მეთოდია ქიმიური მეთოდი. სხეულისთვის "მავნე" ნაწილაკების ბიოტრანსფორმაციის ქიმიური მეთოდები ძალიან მრავალფეროვანია:

1) ტოქსიკანტის ნეიტრალიზაცია მასთან ქიმიური ურთიერთქმედებით, ე.ი. პირდაპირი მოქმედება ტოქსიკურ ნაწილაკზე;

2) ტოქსიკური ეფექტის აღმოფხვრა ორგანიზმის ფერმენტებზე, რეცეპტორებზე ზემოქმედებით, რომლებიც აკონტროლებენ ორგანიზმში ტოქსიკური ნივთიერებების უტილიზაციის ფიზიოლოგიურ პროცესებს, ე.ი. არაპირდაპირი ეფექტი ტოქსიკურზე.

დეტოქსიკატორად გამოყენებული ნივთიერებები შესაძლებელს ხდის ტოქსიკური ნაწილაკების შემადგენლობის, ზომის, მუხტის ნიშნის, თვისებების, ხსნადობის შეცვლას, დაბალტოქსიკად გადაქცევას, ორგანიზმზე მისი ტოქსიკური ეფექტის შეწყვეტას, ორგანიზმიდან ამოღებას.

დეტოქსიკაციის ქიმიური მეთოდებიდან ფართოდ გამოიყენება ქელატაციური თერაპია, რომელიც დაფუძნებულია s-ელემენტების კომპლექსონატების ტოქსიკური ნაწილაკების ქელაციაზე. ქელატური აგენტები უზრუნველყოფენ სხეულის დეტოქსიკაციას ტოქსიკურთან მათი უშუალო ურთიერთქმედებით, შეკრული, გამძლე ფორმის ფორმირებით, რომელიც შესაფერისია ტრანსპორტირებისთვის და ორგანიზმიდან გამოსაყოფად. ეს არის მძიმე მეტალის იონების დეტოქსიკაციის მექანიზმი ტეტაცინით, ტრიმეფაცინით.

ნალექის რეაქციები ასევე გამოიყენება დეტოქსიკაციისთვის. ბარიუმის იონების უმარტივესი ანტიდოტი, სტრონციუმი არის ნატრიუმის სულფატის წყალხსნარი. რედოქსის რეაქციებიც

ცვლილება დეტოქსიკაციისთვის. მძიმე მეტალების მარილებით ნატრიუმის თიოსულფატი იძლევა ცუდად ხსნად სულფიდებს და გამოიყენება როგორც ანტიდოტი მძიმე მეტალებით მოწამვლისას:

თიოსულფატის იონი აძლევს გოგირდის ატომს ციანიდის იონს, რითაც გარდაქმნის მას არატოქსიკურ როდანიდის იონად:

მძიმე მეტალების ნაერთების ანტიდოტად გამოიყენება აგრეთვე ნატრიუმის სულფიდის წყალხსნარი, ე.წ. ტუტე წყალბადის სულფიდური სასმელი. ცუდად ხსნადი ნაერთების წარმოქმნის შედეგად ტოქსიკური იონები იზოლირებულია და გამოიყოფა კუჭ-ნაწლავის ტრაქტიდან. გოგირდწყალბადით მოწამვლის შემთხვევაში მსხვერპლს ეძლევა დატენიანებული მათეთრებელი სუნთქვის საშუალება, საიდანაც გამოიყოფა მცირე რაოდენობით ქლორი. ბრომით მოწამვლის შემთხვევაში ხდება ამიაკის ორთქლის ჩასუნთქვა.

ცილებისთვის დამღუპველია ბიოტრანსფორმაციები, რომლებიც დაკავშირებულია ძლიერი ჟანგვის აგენტების მოქმედებასთან, რომლებიც გარდაქმნის გოგირდის ნაერთებს ჟანგვის ხარისხში +6. ჟანგვის აგენტები, როგორიცაა, მაგალითად, წყალბადის ზეჟანგი, აჟანგავს დისულფიდურ ხიდებს და ცილების სულფჰიდრილ ჯგუფებს სულფო ჯგუფებად R-SO 3 H, რაც ნიშნავს მათ დენატურაციას. უჯრედების რადიაციული დაზიანება ცვლის მათ რედოქს პოტენციალს. რადიოპროტექტორის პოტენციალის შესანარჩუნებლად - წამალი, რომელიც იცავს ორგანიზმს რადიაციული დაზიანებისგან - გამოიყენება პ-მერკაპტოეთილამინი (მერკამინი), რომლის აქტიური ჟანგბადის ფორმებთან დაჟანგვა წყლის რადიოლიზის დროს იწვევს ცისტამინის წარმოქმნას:

სულფიდურ ჯგუფს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს ჰემოლიზურ პროცესებში დაბალი რეაქტიული R-S რადიკალების წარმოქმნით. მერკამინის ეს თვისება ასევე ემსახურება როგორც დაცვას თავისუფალი რადიკალების ნაწილაკების - წყლის რადიოლიზის პროდუქტების მოქმედებისგან. შესაბამისად, თიოლის დისულფიდის ბალანსი დაკავშირებულია ფერმენტების და ჰორმონების აქტივობის რეგულირებასთან, ქსოვილების ადაპტაციასთან ჟანგვის აგენტების, შემცირების აგენტებისა და რადიკალების ნაწილაკების მოქმედებასთან.

ენდოტოქსიკოზის ინტენსიური თერაპიის დროს ერთად გამოიყენება ქიმიური მეთოდები (პროტექტორები, ანტიდოტები) და ეფერენტული მეთოდები.

დეტოქსიკაცია - პლაზმაფერეზი სისხლისა და პლაზმის არაპირდაპირი ელექტროქიმიური დაჟანგვით. მეთოდების ეს ნაკრები საფუძვლად უდევს "ღვიძლი-თირკმლის" აპარატის დიზაინს, რომელიც უკვე გამოიყენება კლინიკაში.

11.9. კითხვები და ამოცანები გაკვეთილებისა და გამოცდებისთვის მზადყოფნის თვითშემოწმებისთვის

1. მიეცით ბიოგეოქიმიური პროვინციების ცნება.

2. რას ეფუძნება მძიმე ლითონის ნაერთებით მოწამვლის სამკურნალო საშუალებად ს-ელემენტების კომპლექსონატების გამოყენება?

3. ბიოტოქსიკური მოქმედების ფიზიკური და ქიმიური საფუძვლები (Pb, Hg, Cd, ნიტრიტები და ნიტროზამინები).

4. მძიმე ლითონის იონების ტოქსიკური მოქმედების მექანიზმი მყარი და რბილი მჟავებისა და ფუძეების თეორიაზე დაყრდნობით.

5. ქელატაციური თერაპიის პრინციპები.

6. დეტოქსიკაციის პრეპარატები ქელატაციური თერაპიისთვის.

7. აზოტის ნაერთების რა თვისებები განაპირობებს მათ ტოქსიკურ ზემოქმედებას ორგანიზმზე?

8. წყალბადის ზეჟანგის რა თვისებები განაპირობებს მის ტოქსიკურ ეფექტს?

9. რატომ ხდება თიოლის შემცველი ფერმენტები შეუქცევადად „მოწამლული“ Cu 2+, Ag + იონებით?

10. როგორია Na 2 S 2 O 3 5H 2 O ანტიტოქსიკური მოქმედების შესაძლო ქიმია ვერცხლისწყლის, ტყვიის, ჰიდროციანმჟავას ნაერთებით მოწამვლისას?

11. მიეცით გეოქიმიური ეკოლოგიის განმარტება, პიროვნების ეკოლოგიური პორტრეტი.

11.10. ტესტები

1. მძიმე ლითონებით მოწამვლისას გამოიყენება მეთოდები:

ა) ენტეროსორბცია;

ბ) ქელატაციური თერაპია;

გ) ნალექები;

2. ნივთიერებამ შეიძლება გამოავლინოს თავისი ტოქსიკური ბუნება:

ა) ქვითრის ფორმა;

ბ) კონცენტრაცია;

გ) ორგანიზმში სხვა ნივთიერებების არსებობა;

დ) ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი პასუხი სწორია.

3. საშუალო კონცენტრაციას, რომლის დროსაც შეინიშნება ორგანოს ფუნქციის დარღვევა, ეწოდება:

ა) მაქსიმალური დასაშვები კონცენტრაცია;

ბ) სიკვდილიანობის ინდექსი;

გ) კრიტიკული კონცენტრაცია;

დ) ბიოტური კონცენტრაცია.

4. ნივთიერებები, რომლებიც იწვევენ კიბოს სიმსივნის განვითარებას, ეწოდება:

ა) სტრუმოგენები;

ბ) მუტაგენები;

გ) კანცეროგენები;

დ) ტერატოგენები.

5. მოლიბდენის ნაერთები არის ნივთიერებები:

ა) ძალიან ტოქსიკური;

ბ) ზომიერი ტოქსიკურობა;

გ) დაბალი ტოქსიკურობა;

დ) არ ავლენენ ტოქსიკურ თვისებებს.

6. გრეივსის დაავადებაა:

ა) ჰიპერმაკროელემენტოზი;

ბ) ჰიპერმიკროელემენტოზი;

გ) ჰიპომაკროელემენტოზი;

დ) ჰიპომიკროელემენტოზი.

7. წყალბადის ზეჟანგი გარდაქმნის გოგირდის ამინომჟავებს გოგირდად:

ა)-1;

ბ) 0;

ზოგადი ქიმია: სახელმძღვანელო / A. V. Zholnin; რედ. ვ.ა. პოპკოვა, ა.ვ.ჟოლნინა. - 2012. - 400გვ.: ავად.

1980-იან და 1990-იან წლებში გარემოსდაცვითი საკითხები ფართოდ განიხილებოდა მეცნიერების, პოლიტიკოსების და მედიაში. დიდი ყურადღება დაეთმო გლობალურ და რეგიონულ საკითხებს, როგორიცაა ნახშირორჟანგის (CO 2) ემისიები, რომლებიც დაკავშირებულია გლობალურ დათბობასთან და სტრატოსფერული ოზონის გაფუჭებასთან ქლორფტორნახშირბადის (CFC) გამონაბოლქვის გამო. თუმცა, ადგილობრივი მნიშვნელობის პრობლემები არანაკლებ სერიოზულად განიხილებოდა, რადგან მათი შედეგები უფრო აშკარა და მყისიერია. წყლის რესურსების დაბინძურებასთან დაკავშირებული საკითხები ნაგავსაყრელებიდან მომდინარე პროდუქტების გამორეცხვით და საცხოვრებელ კორპუსებში რადონის წარმოქმნასთან ახლა არა მხოლოდ რამდენიმე ვიწრო სპეციალისტის, არამედ მოსახლეობის ფართო სპექტრის საკუთრებაა. უნდა აღინიშნოს, რომ ამ პრობლემებიდან ბევრი მოითხოვს ქიმიური რეაქციების მექანიზმების გააზრებას და, შესაბამისად, გარემოს ქიმია ხდება განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი და შესაბამისი დისციპლინა.

გარემოს ქიმია ამჟამად ხდება ერთ-ერთი წამყვანი დისციპლინა გარემოზე ანთროპოგენური ქიმიური ნაერთების მუდმივად მზარდი ზემოქმედების გამო. ეს კურსი ასახავს გარემოს ქიმიის შესასწავლად საჭირო ძირითად პრინციპებს და აჩვენებს, თუ როგორ გამოიყენება ეს პრინციპები ლოკალურ და გლობალურ მასშტაბებზე და როგორ ვლინდება გეოქიმიური პროცესების ეფექტი დროის მასშტაბზე.

ეკოლოგიის ქიმიური საფუძვლების კურსის მიზანია სტუდენტებს გააცნოს ზოგიერთი ფუნდამენტური ქიმიური პრინციპი, რომლებიც გამოიყენება გარემოს ქიმიაში და აჩვენოს მათი გამოყენება სხვადასხვა სიტუაციებში, როგორც გლობალურად, ასევე რეგიონში.

ამ კურსის მთავარი იდეაა იმის გაგება, თუ როგორ ხდება ბუნებრივი გეოქიმიური პროცესები და როგორ მოქმედებდნენ ისინი სხვადასხვა დროის მასშტაბებში. ეს გაგება გვაწვდის ძირითად ინფორმაციას, რომლის საფუძველზეც შესაძლებელია ქიმიურ პროცესებში ადამიანის ჩარევის შედეგების რაოდენობრივი დადგენა. კურსი არ ცდილობს ამომწურავი მიმოხილვის მიწოდებას, მაგრამ მოიცავს თემებს, რომლებიც მოიცავს ფუნდამენტურ ქიმიურ პრინციპებს.

განმარტებითი შენიშვნა

პროგრამა "ეკოლოგიის ქიმიური საფუძვლები" არის შეცვლილი (Shustov S.B., Shustova L.V. "Chemistry and Ecology", ნიჟნი ნოვგოროდი, 1994, ნიჟნი ნოვგოროდის ჰუმანიტარული ცენტრი). პროგრამა ხელს უწყობს საბუნებისმეტყველო და ჰუმანიტარულ მეცნიერებათა ინტეგრაციას, აძლიერებს გარემოსდაცვითი ცოდნის სისტემას.

პროგრამა შეიძლება განხორციელდეს მე-9-11 კლასების სასწავლო გეგმაში, გულისხმობს ქიმიის, როგორც გარემოსდაცვითი უბედურების „მთავარი დამნაშავის“ მიმართ არაგონივრული ცრურწმენების მოხსნას, მისი დადებითი როლის შეფასებას გარემოსდაცვითი პრობლემების თანამედროვე გადაწყვეტაში, ფორმირებას. მომავლის ოპტიმისტური ხედვა და რწმენა ადამიანის გონებაში.

სამიზნე

საფუძველი ჩაუყაროს ქიმიის საბაზისო კურსის აღქმას გარემოსდაცვითი საკითხების კუთხით, განავითაროს საბუნებისმეტყველო ცოდნა და გააცნოს სტუდენტებს ეკოლოგიის ქიმიური ასპექტების ხედვა.

Დავალებები

1. კოგნიტური ინტერესის განვითარება გარემოსდაცვითი პრობლემების მიმართ.

2. პიროვნული თვითგანათლების განვითარება.

3. კომფორტული გარემოს, თანამშრომლობის ატმოსფეროს შექმნა.

4. გარემოსდაცვით საკითხებზე საზოგადოებრივი საქმიანობის ფორმირება.

5. სპეციალური ცოდნისა და უნარების ჩამოყალიბება.

Მოსალოდნელი შედეგები

სტუდენტებმა უნდა გადახედონ ქიმიის საბაზისო კურსის საფუძვლებს გარემოსდაცვითი საკითხების კუთხით, გამოასწორონ სტერეოტიპი ქიმიისადმი, როგორც გარემოსდაცვითი პრობლემების „მთავარი დამნაშავის“ მიმართ. პროგრამის განხორციელება შესაძლებლობას მისცემს გავლენა მოახდინოს საშუალო სკოლის მოსწავლეებში ადამიანის თანამშრომლობაზე დაფუძნებული ცხოვრების პრინციპების ჩამოყალიბებაზე, ბუნებისადმი პასუხისმგებელი დამოკიდებულების აღზრდაზე.

გარდა ამისა, კომფორტული, ხელსაყრელი გარემო და თანამშრომლობის ატმოსფერო კლასში ხელს უწყობს თვითგანათლებას.

ცოდნის, უნარებისა და სიხშირის შემოწმების მეთოდები

საწყისი, შუალედური და საბოლოო ტესტირება.

შესავალი. 2 საათი (1+1)

ქიმია არის მეცნიერება ნივთიერებებისა და მათი გარდაქმნების შესახებ. ეკოლოგია არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ორგანიზმების ურთიერთობას მათსა და გარემოს შორის. ქიმიისა და ეკოლოგიის ურთიერთობა, მათი როლი გარემომცველი სამყაროს ცოდნაში. ბუნების დაცვა არის ღონისძიებათა ერთობლიობა ბუნებრივი ობიექტების დაცვისა და კონსერვაციისა და ბუნებრივი რესურსების რაციონალური გამოყენების მიზნით. ადამიანის ორმაგი როლი გარემოში.

პრაქტიკული ნაწილი.სკოლის მოსწავლეების გამოკითხვა (გამოკითხვა) ბუნებისადმი და მისი დაცვისადმი დამოკიდებულების დასადგენად და მათი პასუხების შედარება პრობლემისადმი პირად დამოკიდებულებასთან.

თემა ნომერი 1. ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური ცნებები. 3 საათი (2+1)

ქიმიური ნივთიერებები და ქიმიური რეაქციები. მარტივი და რთული ნივთიერებები. ნივთიერებების ძირითადი კლასები. ნივთიერებების გრაფიკული წარმოდგენა. ქიმიური რეაქციების განტოლებები. ქიმიურ ლაბორატორიაში მუშაობისას უსაფრთხოების ზომების გაცნობა.

პრაქტიკული ნაწილი.ფიზიკური მოვლენებისა და ქიმიური რეაქციების შედარება. ინდიკატორების ფერის შეცვლის დემონსტრირება სხვადასხვა გარემოში.

თემა ნომერი 2. ძირითადი ეკოლოგიური ცნებები. 4სთ. (3+1)

ეკოლოგიური ფილტრები. ორგანიზმი, კვების ჯაჭვები. MPC-ის კონცეფცია. რიცხვებისა და მასების ეკოლოგიური პირამიდა. ბიოსფერო. ნოოსფერო. ეკოლოგიური პრობლემების დონეები: ლოკალური, რეგიონული, გლობალური. ეკოლოგიური კრიზისი.

პრაქტიკული ნაწილი.ეკოლოგიური პრობლემების დონის განსაზღვრა.

თემა ნომერი 3. ადამიანის სხეული არის ქიმიური ლაბორატორია. 4 საათი (3+1)

ორგანიზმების ქიმიური ორგანიზაცია. ორგანული ნივთიერებების ცნება: ცილები, ცხიმები, ნახშირწყლები, ნუკლეინის მჟავები, ჰორმონები, ვიტამინები. არაორგანული ნივთიერებები: წყალი, ნატრიუმის მარილები, კალიუმი, კალციუმი. რკინის, სპილენძის, კობალტის, ფოსფორის და მათი ბიოროლის ნაერთები. სხეულის სწრაფი დაბერების მიზეზები. ორთობიოზი არის ჯანსაღი ცხოვრების წესი.

პრაქტიკული ნაწილი.კბილის მინანქრისა და დენტინის შემადგენლობის გაცნობა. კარიესის მიზეზები.

თემა № 4. დედამიწის ატმოსფერო და მისი დაცვა. 4 საათი (2+2)

ატმოსფერო არის ჰაერის გარემო. ჰაერი და მისი კომპონენტები. ჩასუნთქული და ამოსუნთქული ჰაერის შემადგენლობა. ჰაერის ჰიგიენა. ზიანს აყენებს ადამიანის ჯანმრთელობას მოწევით. სათბურის ეფექტის მიზეზები, ოზონის შრის განადგურება და შესაძლო შედეგები. ატმოსფერული დაცვა. ეკოლოგიურად სუფთა საწვავი. ენერგიის ალტერნატიული წყაროები.

პრაქტიკული ნაწილი.თამაში: „მე რომ ვიყო მერი...“ პროექტის კონკურსი: „21-ე საუკუნის სუფთა ტრანსპორტის რეჟიმები“.

თემა ნომერი 5. ჰიდროსფერო და მისი დაცვა. 4 საათი (2+2)

წყალი, მისი შემადგენლობა და თვისებები. ჰიდროსფერო არის ორგანიზმების წყლის ჰაბიტატი. წყლის ობიექტების დაბინძურების ძირითადი წყაროები და გზები: ნავთობის, ქვანახშირის, მადნების, სამრეწველო, სასოფლო-სამეურნეო და საყოფაცხოვრებო ჩამდინარე წყლების მოპოვება და ტრანსპორტირება. მტკნარი წყლის დეფიციტის პრობლემა და მისი გადაწყვეტა.

პრაქტიკული ნაწილი. 1. სიმულაციური თამაში: „ოპერატიული შეხვედრა“ (პრობლემა: ნავთობი ზღვაში). 2. გარემოსდაცვითი პროგნოზირება. სიტუაციის შეფასება: მძღოლები რეცხავენ მანქანებს წყალსაცავის სანაპიროზე. მანქანების რეცხვის ეკოლოგიურად სუფთა ადგილის პროექტის შემუშავება.

თემა ნომერი 6. ლითოსფერო და მისი დაცვა. 4 საათი (2+2)

ლითოსფერო და მისი საზღვრები. ნიადაგი და მისი ფუნქციები. ნიადაგის დაბინძურება მძიმე ლითონებით (წყაროები, შედეგები, დაცვა). ნიადაგში პესტიციდების დაგროვება სარეველებისა და მცენარეთა დაავადებების წინააღმდეგ ბრძოლის ქიმიური საშუალებაა. პესტიციდების გავლენა ბუნებრივ გარემოზე. მავნებლების კონტროლის ალტერნატიული მეთოდები. ურბანული და სამრეწველო ნაგავსაყრელების პრობლემა და მისი გადაჭრის გზები.

პრაქტიკული ნაწილი.მრგვალი მაგიდა „პესტიციდები და გარემო“. მემორანდუმის შედგენა ზაფხულის მკვიდრისთვის.

თემა ნომერი 7. ქიმია სახლში. 4 საათი (2+2)

ძირითადი ნივთიერებები, რომლებიც გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში, მათი თვისებები. უსაფრთხოების ზომები საყოფაცხოვრებო ქიმიკატების გამოყენებისას. პირველადი დახმარება ქიმიური მოწამვლისა და დამწვრობის დროს. ეთანოლი (შემადგენლობა, თვისებები, ორმაგი როლი ადამიანებთან მიმართებაში)

პრაქტიკული ნაწილი. 1. ყოველდღიურ ცხოვრებაში გამოყენებული ნივთიერებების ძირითადი ჯგუფების გაცნობა. სახლის უსაფრთხოების კონკურსი. 2. დისკუსია: ეთანოლი: ფაქტები მომხრე და წინააღმდეგ.

თემა ნომერი 8. დედამიწა ჩვენი საერთო სახლია. 4 საათი (2+2)

ნივთიერებების ციკლი ბიოსფეროში. ელემენტების სიმრავლე დედამიწის ქერქში. მცენარეთა და ცხოველურ ორგანიზმებში ლითონების ნაკადის კონტროლის მეთოდების კონცეფცია. ქსენტობიოტიკები არის ნივთიერებები, რომლებიც არ არის დამახასიათებელი ცოცხალი ორგანიზმებისთვის (კოსმეტიკა, აეროზოლები). ეკომოწამვლა. ალერგია გარემოს მოწამვლის შედეგად. ბიოსფეროს სიწმინდის შენარჩუნების გზები. ეკოლოგიის, ქიმიის როლი გარემოსდაცვითი პრობლემების გადაჭრაში.

პროგრამა გათვლილია 34 საათზე, აქედან - 20 საათი თეორია, 14 საათი პრაქტიკა.

საგანმანათლებლო და თემატური გეგმა

No p/p

განყოფილებების სათაური, თემა

საათების რაოდენობა

სულ

თეორია

პრაქტიკა

შესავალი

ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური ცნებები

დედამიწის ატმოსფერო და მისი დაცვა

ჰიდროსფერო და მისი დაცვა

ლითოსფერო და მისი დაცვა

ქიმია სახლში

დედამიწა ჩვენი საერთო სახლია

სულ:

34

20

14

მეთოდოლოგიური მხარდაჭერა

Თემა

ოკუპაციის ფორმა

ტექნიკა, მეთოდები

მეთოდური და დიდაქტიკური მასალები

ტექნიკური აღჭურვილობა

შემაჯამებელი ფორმა

შესავალი

ჯგუფური სამუშაო

ინტერვიუ

ჯგუფური დავალება

Საუბარი

ბარათები

შეჯამება

გასაუბრება

ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური ცნებები

პრაქტიკული გაკვეთილი

ჯგუფური დავალებები

მაგიდები

სქემა

მჟავების, ტუტეების, მარილების ხსნარები და სხვადასხვა ინდიკატორები

აბსტრაქტული

ძირითადი ეკოლოგიური ცნებები

ჯგუფი

Ინდივიდუალური

პრაქტიკული

ლექცია

Საუბარი

სლაიდები

მაგიდები

ეკრანი

პრეზენტაცია

ადამიანის სხეული არის ქიმიური ლაბორატორია

ჯგუფი

პრაქტიკული

ლექცია

დიდაქტიკური ბარათები

Პრაქტიკული სამუშაო

მაგიდები

სქემა

დიდაქტიკური ბარათები

მოხსენება

ჰიდროსფერო და მისი დაცვა

ჯგუფური მუშაობა სიმულაციური თამაში პროგნოზირების სიმულაცია

ჯგუფური და ინდივიდუალური ამოცანები საუბარი

დიდაქტიკური ბარათები ცხრილები სლაიდები

ეკრანი

სიმულაციური თამაში

ლითოსფერო და მისი დაცვა

ჯგუფური მუშაობა მრგვალი მაგიდა

ლექცია საუბარი ინდივიდუალური დავალებები

დიდაქტიკური ფლეშ ბარათები ვიდეო

ვიდეო ჩამწერი

მრგვალი მაგიდა ზაფხულის მაცხოვრებლის მემორანდუმის შედგენა

ატმოსფერო და მისი დაცვა

ჯგუფური მუშაობა ინდივიდუალური მუშაობა

Თამაში

ლექცია შემოქმედებითი ამოცანები ჯგუფური ამოცანები

მაგიდები

სქემა

სლაიდები

ეკრანი

კონკურსი

პროექტები

ქიმია სახლში

პრაქტიკული ამოცანები დისკუსია

ინდივიდუალური დავალებები ჯგუფური ამოცანები საუბარი

დიდაქტიკური ბარათები

ნივთიერებები, რომლებიც გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში

დისკუსია "ეთანოლი: დადებითი და უარყოფითი მხარეები"

დედამიწა ჩვენი საერთო სახლია

ჯგუფური გაკვეთილები პრაქტიკული კლასი კონფერენცია

ლექცია

Საუბარი

ჯგუფური დავალებები

მაგიდები

სქემა

სლაიდები

ეკრანი

კონფერენცია "ქიმია და ეკოლოგია"

ბიბლიოგრაფია

შუსტოვი ს.ბ., შუსტოვა ლ.ვ. ქიმია და ეკოლოგია. სახელმძღვანელო სტუდენტებისთვის. ნ.ნოვგოროდი, 1994 ნიჟნი ნოვგოროდის ჰუმანიტარული ცენტრი.

ე. გროსი, ჰ. ვაისმანტელი. ქიმია ცნობისმოყვარეებისთვის. ლენინგრადი, "ქიმია", 1985 წ

ვ.ი.გოლიკი, ვ.ი. კომაშჩენკო, კ.დრებენშტედტი. გარემოს დაცვა. მოსკოვი, 2005 წ

A.F. სერგეევა. მოსავალი ქიმიისა და ეკოლოგიის გარეშე ექვსი ჰექტარია. როსტოვ-ფენიქსი, 2001 წ

გ.პ. პოლიაშოვი. მკურნალობა ქიმიკატების გარეშე. დადასტურებული ტრადიციული მედიცინა. ხალხური მედიცინის ოქროს წიგნი. EXMO, 2005 წ

დღეს არ არის საჭირო ვინმეს დარწმუნება გარემოს დაცვის პრობლემასთან დაკავშირებული საკითხების დიდ მნიშვნელობაში მთელი კაცობრიობისთვის. ეს პრობლემა რთული და მრავალმხრივია. იგი მოიცავს არა მხოლოდ წმინდა მეცნიერულ, არამედ ეკონომიკურ, სოციალურ, პოლიტიკურ, იურიდიულ, ესთეტიკურ ასპექტებს.

პროცესები, რომლებიც განსაზღვრავენ ბიოსფეროს ამჟამინდელ მდგომარეობას, ეფუძნება ნივთიერებების ქიმიურ გარდაქმნებს. გარემოს დაცვის პრობლემის ქიმიური ასპექტები ქმნიან თანამედროვე ქიმიის ახალ ფილიალს, რომელსაც ქიმიური ეკოლოგია ეწოდება. ეს მიმართულება ითვალისწინებს ბიოსფეროში მიმდინარე ქიმიურ პროცესებს, გარემოს ქიმიურ დაბინძურებას და მის გავლენას ეკოლოგიურ ბალანსზე, ახასიათებს ძირითად ქიმიურ დამაბინძურებლებს და დაბინძურების დონის განსაზღვრის მეთოდებს, შეიმუშავებს ფიზიკურ და ქიმიურ მეთოდებს გარემოს დაბინძურების წინააღმდეგ საბრძოლველად და ეძებს. ახალი ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიის წყაროებისთვის და ა.შ.

გარემოს დაცვის პრობლემის არსის გაგება, რა თქმა უნდა, მოითხოვს არაერთი წინასწარი კონცეფციის, განმარტების, განსჯის გაცნობას, რომელთა დეტალური შესწავლა ხელს შეუწყობს არა მხოლოდ პრობლემის არსს, არამედ განვითარებას. გარემოსდაცვითი განათლების. .პლანეტის გეოლოგიური სფეროები, აგრეთვე ბიოსფეროს აგებულება და მასში მიმდინარე ქიმიური პროცესები შეჯამებულია სქემა 1-ში.

როგორც წესი, არსებობს რამდენიმე გეოსფერო. ლითოსფერო არის დედამიწის გარე მყარი გარსი, რომელიც შედგება ორი ფენისგან: ზედა, რომელიც წარმოიქმნება დანალექი ქანებით, გრანიტის ჩათვლით, და ქვედა, ბაზალტი. ჰიდროსფერო არის ყველა ოკეანე და ზღვა (მსოფლიო ოკეანე), რომლებიც შეადგენენ დედამიწის ზედაპირის 71%-ს, ასევე ტბებსა და მდინარეებს. ოკეანის სიღრმე საშუალოდ 4 კმ-ია, ზოგიერთ დეპრესიაში კი - 11 კმ-მდე. ატმოსფერო - ლითოსფეროს და ჰიდროსფეროს ზედაპირის ზემოთ ფენა, რომელიც 100 კმ-ს აღწევს. ატმოსფეროს ქვედა ფენას (15 კმ) ტროპოსფერო ეწოდება. მასში შედის ჰაერში შეჩერებული წყლის ორთქლი, რომელიც მოძრაობს პლანეტის ზედაპირის არათანაბარი გათბობით. სტრატოსფერო ვრცელდება ტროპოსფეროს ზემოთ, რომლის საზღვრებზე ჩნდება ჩრდილოეთის ნათება. სტრატოსფეროში 45 კმ სიმაღლეზე არის ოზონის შრე, რომელიც ასახავს სიცოცხლისთვის საზიანო კოსმოსურ გამოსხივებას და ნაწილობრივ ულტრაიისფერ სხივებს. სტრატოსფეროს ზემოთ ვრცელდება იონოსფერო - იშვიათი გაზის ფენა იონიზებული ატომებიდან.

დედამიწის ყველა სფეროს შორის განსაკუთრებული ადგილი უკავია ბიოსფეროს. ბიოსფერო არის დედამიწის გეოლოგიური გარსი, მასში მობინადრე ცოცხალ ორგანიზმებთან ერთად: მიკროორგანიზმები, მცენარეები, ცხოველები. იგი მოიცავს ლითოსფეროს ზედა ნაწილს, მთელ ჰიდროსფეროს, ტროპოსფეროს და სტრატოსფეროს ქვედა ნაწილს (ოზონის შრის ჩათვლით). ბიოსფეროს საზღვრებს განსაზღვრავს სიცოცხლის ზედა ზღვარი, რომელიც შემოიფარგლება ულტრაიისფერი სხივების ინტენსიური კონცენტრაციით და ქვედა ზღვარი, რომელიც შემოიფარგლება დედამიწის შიდა მაღალი ტემპერატურით; ბიოსფეროს უკიდურესი საზღვრები აღწევს მხოლოდ ქვედა ორგანიზმებს - ბაქტერიებს. განსაკუთრებული ადგილი უკავია ბიოსფეროში ოზონის დამცავი ფენა. ატმოსფერო შეიცავს მხოლოდ დაახლოებით. ოზონის პროცენტი, თუმცა მან შექმნა ისეთი პირობები დედამიწაზე, რომლის წყალობითაც სიცოცხლე წარმოიშვა და განაგრძობს განვითარებას ჩვენს პლანეტაზე.

ბიოსფეროში ხდება ნივთიერებებისა და ენერგიის უწყვეტი ციკლები. ძირითადად ერთი და იგივე ელემენტები მუდმივად მონაწილეობენ მატერიის ციკლში: წყალბადი, ნახშირბადი, აზოტი, ჟანგბადი, გოგირდი. უსულო ბუნებიდან ისინი გადადიან მცენარეების შემადგენლობაში, მცენარეებიდან - ცხოველებში და ადამიანებში. ამ ელემენტების ატომები სიცოცხლის წრეში ინახება ასობით მილიონი წლის განმავლობაში, რაც დასტურდება იზოტოპური ანალიზის მონაცემებით. ამ ხუთ ელემენტს უწოდებენ ბიოფილურს (სიცოცხლისმოყვარე), მაშინ როცა არა ყველა მათ იზოტოპს, არამედ მხოლოდ მსუბუქს. ასე რომ, წყალბადის სამი იზოტოპიდან მხოლოდ ბიოფილურია. ჟანგბადის სამი ბუნებრივი იზოტოპიდან მხოლოდ ბიოფილური, ხოლო ნახშირბადის იზოტოპებიდან - მხოლოდ.

ნახშირბადის როლი დედამიწაზე სიცოცხლის წარმოშობაში მართლაც უზარმაზარია. არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ დედამიწის ქერქის ფორმირებისას ნახშირბადის ნაწილი შევიდა მის ღრმა ფენებში ისეთი მინერალების სახით, როგორიცაა კარბიდები, ხოლო მეორე ნაწილი შეინარჩუნა ატმოსფეროში CO-ს სახით. პლანეტის ჩამოყალიბების გარკვეულ ეტაპებზე ტემპერატურის დაქვეითებას თან ახლდა CO-ს ურთიერთქმედება წყლის ორთქლთან კკალური რეაქციით, ასე რომ, როდესაც დედამიწაზე თხევადი წყალი გამოჩნდა, ატმოსფერული ნახშირბადი ნახშირორჟანგის სახით უნდა ყოფილიყო. . ქვემოთ მოყვანილი ნახშირბადის ციკლის სქემის მიხედვით, ატმოსფერული ნახშირორჟანგი ამოღებულია მცენარეების მიერ (1) და ნახშირბადი შედის ცხოველების სხეულში საკვები ბმულების საშუალებით (2):

ცხოველებისა და მცენარეების სუნთქვა და მათი ნაშთების დნობა მუდმივად აბრუნებს ნახშირბადის უზარმაზარ მასებს ატმოსფეროში და ოკეანის წყლებში ნახშირორჟანგის სახით (3, 4). ამავდროულად, ხდება ნახშირბადის გარკვეული ამოღება ციკლიდან მცენარეების (5) და ცხოველების (6) ნაშთების ნაწილობრივი მინერალიზაციის გამო.

ნახშირბადის დამატებითი და უფრო ძლიერი მოცილება მიმოქცევიდან არის ქანების გამოფიტვის არაორგანული პროცესი (7), რომლის დროსაც მათში შემავალი ლითონები ატმოსფეროს გავლენით გადაიქცევა ნახშირბადის მარილებად, რომლებიც შემდეგ გამოირეცხება წყლით. და გადაიტანეს მდინარეებით ოკეანეში, რასაც მოჰყვება ნაწილობრივი დალექვა. უხეში შეფასებით, ყოველწლიურად 2 მილიარდ ტონამდე ნახშირბადი იკვრება ატმოსფეროდან ქანების ამინდობის დროს. ასეთი გრანდიოზული მოხმარება ვერ ანაზღაურდება სხვადასხვა თავისუფლად მიმდინარე ბუნებრივი პროცესებით (ვულკანური ამოფრქვევები, გაზის წყაროები, ჭექა-ქუხილის დროს წარმოქმნილი კირქვის მოქმედება და ა.შ.), რაც იწვევს ნახშირბადის საპირისპირო გადასვლას მინერალებიდან ატმოსფეროში (8). ამრიგად, ნახშირბადის ციკლის როგორც არაორგანული, ასევე ორგანული ეტაპები მიზნად ისახავს ატმოსფეროში შემცველობის შემცირებას. ამასთან დაკავშირებით, უნდა აღინიშნოს, რომ ადამიანის შეგნებული აქტივობა მნიშვნელოვნად მოქმედებს ნახშირბადის მთლიან ციკლზე და, რაც გავლენას ახდენს ბუნებრივ ციკლში მიმდინარე პროცესების არსებითად ყველა სფეროზე, საბოლოოდ ანაზღაურებს ატმოსფეროდან გაჟონვას. საკმარისია ითქვას, რომ მხოლოდ ერთი ნახშირის წვის გამო ატმოსფერო ყოველწლიურად (ჩვენი საუკუნის შუა ხანებში) ბრუნდებოდა 1 მილიარდ ტონაზე მეტი ნახშირბადის სახით. სხვა სახის წიაღისეული საწვავის მოხმარების (ტორფის, ნავთობის და ა.შ.) მოხმარების, აგრეთვე გამოშვებისკენ მიმავალი რიგი სამრეწველო პროცესების გათვალისწინებით, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ეს მაჩვენებელი რეალურად კიდევ უფრო მაღალია.

ამრიგად, ადამიანის გავლენა ნახშირბადის გარდაქმნების ციკლებზე მისი მიმართულებით პირდაპირ ეწინააღმდეგება ბუნებრივი ციკლის მთლიან შედეგს:

დედამიწის ენერგეტიკული ბალანსი შედგება სხვადასხვა წყაროსგან, მაგრამ მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია მზის და რადიოაქტიური ენერგია. დედამიწის ევოლუციის დროს რადიოაქტიური დაშლა ინტენსიური იყო და 3 მილიარდი წლის წინ 20-ჯერ მეტი რადიოაქტიური სითბო იყო ვიდრე ახლა. დღეისათვის დედამიწაზე დაცემული მზის სხივების სითბო მნიშვნელოვნად აღემატება რადიოაქტიური დაშლის შიდა სითბოს, ასე რომ, სითბოს მთავარ წყაროდ ახლა შეიძლება ჩაითვალოს მზის ენერგია. მზე წელიწადში კკალ სითბოს გვაძლევს. ზემოთ მოყვანილი დიაგრამის მიხედვით, მზის ენერგიის 40% აისახება დედამიწის მიერ მსოფლიო სივრცეში, 60% შეიწოვება ატმოსფეროსა და ნიადაგის მიერ. ამ ენერგიის ნაწილი იხარჯება ფოტოსინთეზზე, ნაწილი მიდის ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვაზე, ნაწილი კი ინახება ნახშირში, ზეთში და ტორფში. მზის ენერგია აღაგზნებს დედამიწაზე გრანდიოზული მასშტაბის კლიმატურ, გეოლოგიურ და ბიოლოგიურ პროცესებს. ბიოსფეროს გავლენით მზის ენერგია გარდაიქმნება ენერგიის სხვადასხვა ფორმებად, რაც იწვევს უზარმაზარ გარდაქმნებს, მიგრაციას და ნივთიერებების მიმოქცევას. მიუხედავად მისი გრანდიოზულობისა, ბიოსფერო ღია სისტემაა, რადგან ის მუდმივად იღებს მზის ენერგიის ნაკადს.

ფოტოსინთეზი მოიცავს სხვადასხვა ხასიათის რეაქციების კომპლექსურ კომპლექტს. ამ პროცესში მოლეკულებში ობლიგაციები და გადალაგდება ისე, რომ წინა ნახშირბად-ჟანგბადის და წყალბად-ჟანგბადის ბმების ნაცვლად წარმოიქმნება ახალი ტიპის ქიმიური ბმები: ნახშირბად-წყალბადი და ნახშირბად-ნახშირბადი:

ამ გარდაქმნების შედეგად ჩნდება ნახშირწყლების მოლეკულა, რომელიც წარმოადგენს უჯრედში ენერგიის კონცენტრატს. ამრიგად, ქიმიურად, ფოტოსინთეზის არსი მდგომარეობს ქიმიური ბმების გადაკეთებაში. ამ თვალსაზრისით, ფოტოსინთეზს შეიძლება ვუწოდოთ ორგანული ნაერთების სინთეზის პროცესი, რაც განპირობებულია სინათლის ენერგიით. ფოტოსინთეზის საერთო განტოლება აჩვენებს, რომ ნახშირწყლების გარდა, ჟანგბადიც იქმნება:

მაგრამ ეს განტოლება არ იძლევა წარმოდგენას მისი მექანიზმის შესახებ. ფოტოსინთეზი არის რთული, მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რომელშიც ბიოქიმიური თვალსაზრისით ცენტრალური როლი ეკუთვნის ქლოროფილს, მწვანე ორგანულ ნივთიერებას, რომელიც შთანთქავს მზის ენერგიის კვანტს. ფოტოსინთეზის პროცესების მექანიზმი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი სქემით:

როგორც სქემიდან ჩანს, ფოტოსინთეზის მსუბუქ ფაზაში „აღგზნებული“ ელექტრონების ჭარბი ენერგია წარმოიქმნება პროცესისთვის: ფოტოლიზი - მოლეკულური ჟანგბადის და ატომური წყალბადის წარმოქმნით:

და ადენოზინტრიფოსფორის მჟავას (ATP) სინთეზი ადენოზინდიფოსფორის მჟავისგან (ADP) და ფოსფორის მჟავისგან (P). ბნელ ფაზაში ხდება ნახშირწყლების სინთეზი, რომლის განსახორციელებლად იხარჯება ATP და წყალბადის ატომების ენერგია, რომლებიც მზის სინათლის ენერგიის გარდაქმნის შედეგად ჩნდებიან სინათლის ფაზაში. ფოტოსინთეზის მთლიანი პროდუქტიულობა უზარმაზარია: ყოველწლიურად დედამიწის მცენარეულობა 170 მილიარდ ტონა ნახშირბადს აგროვებს. გარდა ამისა, მცენარეები სინთეზში მონაწილეობენ მილიარდობით ტონა ფოსფორის, გოგირდის და სხვა ელემენტების სინთეზში, რის შედეგადაც ყოველწლიურად დაახლოებით 400 მილიარდი ტონა ორგანული ნივთიერება სინთეზირდება. მიუხედავად ამისა, მთელი თავისი გრანდიოზულობით, ბუნებრივი ფოტოსინთეზი ნელი და არაეფექტური პროცესია, რადგან მწვანე ფოთოლი მასზე მზის ენერგიის მხოლოდ 1%-ს იყენებს ფოტოსინთეზისთვის.

როგორც ზემოთ აღინიშნა, ნახშირორჟანგის შეწოვის და ფოტოსინთეზის დროს მისი შემდგომი გარდაქმნების შედეგად წარმოიქმნება ნახშირწყლების მოლეკულა, რომელიც ემსახურება როგორც ნახშირბადის ჩონჩხს უჯრედში ყველა ორგანული ნაერთების ასაგებად. ორგანული ნივთიერებები, რომლებიც წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის პროცესში, ხასიათდება შინაგანი ენერგიის მაღალი მიწოდებით. მაგრამ ფოტოსინთეზის საბოლოო პროდუქტებში დაგროვილი ენერგია არ არის ხელმისაწვდომი ცოცხალ ორგანიზმებში მიმდინარე ქიმიურ რეაქციებში პირდაპირი გამოყენებისთვის. ამ პოტენციური ენერგიის აქტიურ ფორმაში გადატანა ხდება სხვა ბიოქიმიურ პროცესში - სუნთქვა. სუნთქვის პროცესის მთავარი ქიმიური რეაქციაა ჟანგბადის შეწოვა და ნახშირორჟანგის გამოყოფა:

თუმცა, სუნთქვის პროცესი ძალიან რთულია. იგი მოიცავს ორგანული სუბსტრატის წყალბადის ატომების გააქტიურებას, ენერგიის გამოყოფას და მობილიზებას ატფ-ის სახით და ნახშირბადის ჩონჩხების წარმოქმნას. სუნთქვის პროცესში ნახშირწყლები, ცხიმები და ცილები ბიოლოგიური დაჟანგვის რეაქციებში და ორგანული ჩონჩხის თანდათანობითი რესტრუქტურიზაციის დროს თმობენ წყალბადის ატომებს შემცირებული ფორმების წარმოქმნით. ეს უკანასკნელი რესპირატორულ ჯაჭვში დაჟანგვისას გამოყოფს ენერგიას, რომელიც აქტიური სახით გროვდება ატფ-ის სინთეზის დაწყვილებულ რეაქციებში. ამრიგად, ფოტოსინთეზი და სუნთქვა განსხვავებული, მაგრამ ძალიან მჭიდროდ დაკავშირებული ასპექტებია მთლიანი ენერგიის გაცვლაში. მწვანე მცენარეების უჯრედებში ფოტოსინთეზისა და სუნთქვის პროცესები მჭიდრო კავშირშია. მათში, როგორც ყველა სხვა ცოცხალ უჯრედში, სუნთქვის პროცესი მიმდინარეობს. დღის განმავლობაში, სუნთქვასთან ერთად, მათში ხდება ფოტოსინთეზი: მცენარეული უჯრედები სინათლის ენერგიას გარდაქმნიან ქიმიურ ენერგიად, ასინთეზირებენ ორგანულ ნივთიერებებს და ათავისუფლებენ ჟანგბადს, როგორც რეაქციის ქვეპროდუქტს. მცენარეული უჯრედის მიერ ფოტოსინთეზის დროს გამოთავისუფლებული ჟანგბადის რაოდენობა 20-30-ჯერ აღემატება მის შეწოვას ერთდროული სუნთქვის პროცესში. ამრიგად, დღის განმავლობაში, როდესაც მცენარეებში ორივე პროცესი მიმდინარეობს, ჰაერი მდიდრდება ჟანგბადით, ხოლო ღამით, როდესაც ფოტოსინთეზი ჩერდება, მხოლოდ სუნთქვის პროცესია დაცული.

სუნთქვისთვის საჭირო ჟანგბადი ადამიანის ორგანიზმში ფილტვების მეშვეობით შედის, რომლის თხელი და ტენიანი კედლები დიდი ზედაპირია (დაახლოებით 90) და გაჟღენთილია სისხლძარღვებით. მათში მოხვედრისას ჟანგბადი წარმოიქმნება სისხლის წითელ უჯრედებში ჩასმული ჰემოგლობინით - ერითროციტები - მყიფე ქიმიური ნაერთი - ოქსიჰემოგლობინი და ამ ფორმით მას წითელი არტერიული სისხლით მიეწოდება სხეულის ყველა ქსოვილში. მათში ჟანგბადი გამოიყოფა ჰემოგლობინიდან და შედის სხვადასხვა მეტაბოლურ პროცესებში, კერძოდ, ჟანგავს ორგანულ ნივთიერებებს, რომლებიც ორგანიზმში საკვების სახით შევიდნენ. ქსოვილებში ნახშირორჟანგი უერთდება ჰემოგლობინს და წარმოქმნის მყიფე ნაერთს - კარბჰემოგლობინს. ამ ფორმით, ასევე ნაწილობრივ ნახშირმჟავას მარილების სახით და ფიზიკურად გახსნილი სახით, ნახშირორჟანგი მუქი ვენური სისხლის დენით შემოდის ფილტვებში, სადაც გამოიყოფა სხეულიდან. სქემატურად, ადამიანის ორგანიზმში გაზის გაცვლის ეს პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი რეაქციებით:

როგორც წესი, ადამიანის მიერ ჩასუნთქული ჰაერი შეიცავს 21% (მოცულობით) და 0,03%, ხოლო ამოსუნთქული - 16% და 4%; დღეში ადამიანი ამოისუნთქავს 0,5. ჟანგბადის მსგავსად, ნახშირბადის მონოქსიდი (CO) რეაგირებს ჰემოგლობინთან და შედეგად მიღებული ნაერთია ჰემი. CO ბევრად უფრო გამძლეა. ამიტომ, ჰაერში CO-ს დაბალი კონცენტრაციის დროსაც კი, ჰემოგლობინის მნიშვნელოვანი ნაწილი დაკავშირებულია მასთან და წყვეტს მონაწილეობას ჟანგბადის გადაცემაში. როცა ჰაერში შემცველობა არის 0,1% CO (მოცულობით), ე.ი. CO და 1:200 თანაფარდობით ჰემოგლობინი აკავშირებს ორივე გაზს თანაბარი რაოდენობით. ამის გამო, ნახშირბადის მონოქსიდით მოწამლული ჰაერის ჩასუნთქვისას შეიძლება მოხდეს დახრჩობის შედეგად სიკვდილი, მიუხედავად ჭარბი ჟანგბადის არსებობისა.

დუღილი, როგორც შაქრიანი ნივთიერებების დაშლის პროცესი სპეციალური სახის მიკროორგანიზმების თანდასწრებით ბუნებაში ხდება იმდენად ხშირად, რომ ალკოჰოლი, თუმცა უმნიშვნელო რაოდენობით, არის ნიადაგის წყლის მუდმივი კომპონენტი, ხოლო ორთქლები: ის ყოველთვის მცირე რაოდენობით შეიცავს. ჰაერი. დუღილის უმარტივესი სქემა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს განტოლებით:

მიუხედავად იმისა, რომ დუღილის პროცესების მექანიზმი რთულია, მაინც შეიძლება ითქვას, რომ ფოსფორის მჟავას წარმოებულები (ATP), ისევე როგორც მთელი რიგი ფერმენტები, უაღრესად მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ მასში.

დაშლა რთული ბიოქიმიური პროცესია, რის შედეგადაც ექსკრემენტები, გვამები, მცენარეული ნარჩენები მიწაში უბრუნებს მისგან ადრე აღებულ შეკრულ აზოტს. სპეციალური ბაქტერიების გავლენით, ეს შეკრული აზოტი საბოლოოდ გადადის ამიაკისა და ამონიუმის მარილებში. გარდა ამისა, დაშლის დროს, შეკრული აზოტის ნაწილი გადადის თავისუფალ აზოტში და იკარგება.

როგორც ზემოთ მოყვანილი დიაგრამადან ჩანს, ჩვენი პლანეტის მიერ შთანთქმული მზის ენერგიის ნაწილი "კონსერვირებულია" ტორფის, ნავთობის, ქვანახშირის სახით. დედამიწის ქერქის ძლიერმა ძვრებმა უზარმაზარი მცენარეული მასები ქანების ფენების ქვეშ დამარხა. მკვდარი მცენარეული ორგანიზმების ჰაერზე წვდომის გარეშე დაშლისას მათგან გამოიყოფა აქროლადი დაშლის პროდუქტები და ნარჩენები თანდათან მდიდრდება ნახშირბადით. ეს შესაბამის გავლენას ახდენს დაშლის პროდუქტის ქიმიურ შემადგენლობასა და კალორიულობაზე, რომელსაც, მისი მახასიათებლებიდან გამომდინარე, ეწოდება ტორფი, ყავისფერი და შავი ქვანახშირი (ანტრაციტი). მცენარეების მსგავსად, წარსულის ცხოველურმა ცხოვრებამ ასევე დაგვიტოვა ძვირფასი მემკვიდრეობა - ზეთი. თანამედროვე ოკეანეები და ზღვები შეიცავს პროტოზოების უზარმაზარ დაგროვებას წყლის ზედა ფენებში დაახლოებით 200 მ სიღრმეზე (პლანქტონი) და არც თუ ისე ღრმა ადგილების ქვედა რეგიონში (ბენთოსი). პლანქტონისა და ბენთოსის მთლიანი მასა შეფასებულია უზარმაზარ ფიგურად (~ t). როგორც ყველა უფრო რთული საზღვაო ორგანიზმის კვების საფუძველი, პლანქტონი და ბენთოსი ახლა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ნარჩენების სახით დაგროვდეს. თუმცა, შორეულ გეოლოგიურ ეპოქებში, როდესაც მათი განვითარების პირობები უფრო ხელსაყრელი იყო და გაცილებით ნაკლები მომხმარებელი იყო, ვიდრე ახლა, პლანქტონისა და ბენთოსის ნაშთები და ასევე, შესაძლოა, უფრო მაღალორგანიზებული ცხოველების, რომლებიც მასობრივად დაიღუპნენ სხვადასხვა გამო. მიზეზები, შეიძლება გახდეს ნავთობის წარმოქმნის მთავარი სამშენებლო მასალა. ნედლი ზეთი არის შავი ან ყავისფერი ზეთოვანი სითხე, წყალში უხსნადი. იგი შედგება 83-87% ნახშირბადისგან, 10-14% წყალბადისგან და მცირე რაოდენობით აზოტის, ჟანგბადისა და გოგირდისგან. მისი კალორიულობა უფრო მაღალია ვიდრე ანტრაციტისა და შეფასებულია 11000 კკალ/კგ.

ბიომასა გაგებულია, როგორც ბიოსფეროს ყველა ცოცხალი ორგანიზმის მთლიანობა, ე.ი. ორგანული ნივთიერებების რაოდენობა და მასში არსებული ენერგია ინდივიდების მთელი პოპულაციისა. ბიომასა ჩვეულებრივ გამოხატულია წონის ერთეულებში მშრალი ნივთიერების ერთეულ ფართობზე ან მოცულობაზე. ბიომასის დაგროვება განისაზღვრება მწვანე მცენარეების სასიცოცხლო აქტივობით. ბიოგეოცენოზებში ისინი, როგორც ცოცხალი ნივთიერების მწარმოებლები, ასრულებენ „წარმომქმნელების“ როლს, ბალახეული და ხორცისმჭამელი ცხოველები, როგორც ცოცხალი ორგანული ნივთიერებების მომხმარებლები, თამაშობენ „მომხმარებლის“ როლს, ხოლო ორგანული ნარჩენების (მიკროორგანიზმების) დამღუპველები. ორგანული ნივთიერებების დაშლა მარტივ მინერალურ ნაერთებად, - „რედუქტორებად“. ბიომასის განსაკუთრებული ენერგეტიკული მახასიათებელია მისი გამრავლების უნარი. განმარტებით, ვ.ი. ვერნადსკი, "ცოცხალი მატერია (ორგანიზმების ერთობლიობა), გაზის მასის მსგავსად, ვრცელდება დედამიწის ზედაპირზე და ახდენს გარკვეულ წნევას გარემოში, გვერდის ავლით დაბრკოლებებს, რომლებიც აფერხებენ მის წინსვლას, ან იპყრობს მათ, ფარავს მათ. ეს მოძრაობა. მიიღწევა ორგანიზმების გამრავლებით“. მიწის ზედაპირზე ბიომასის მატება ხდება პოლუსებიდან ეკვატორის მიმართულებით. ამავე მიმართულებით იზრდება ბიოგეოცენოზებში მონაწილე სახეობების რაოდენობაც (იხ. ქვემოთ). ნიადაგის ბიოცენოზი მოიცავს მიწის მთელ ზედაპირს.

ნიადაგი არის დედამიწის ქერქის ფხვიერი ზედაპირული ფენა, რომელიც შეცვლილია ატმოსფეროსა და ორგანიზმების მიერ და მუდმივად ივსება ორგანული ნარჩენებით. ნიადაგის სისქე ზედაპირულ ბიომასასთან ერთად და მისი გავლენის ქვეშ იზრდება პოლუსებიდან ეკვატორამდე. ნიადაგი მჭიდროდ არის დასახლებული ცოცხალი ორგანიზმებით და მასში ხდება უწყვეტი გაზის გაცვლა. ღამით, გაზების გაგრილებისა და შეკუმშვისას მასში ჰაერის გარკვეული რაოდენობა აღწევს. ჰაერის ჟანგბადი შეიწოვება ცხოველებისა და მცენარეების მიერ და არის ქიმიური ნაერთების ნაწილი. ჰაერში შემავალი აზოტი ითვისება ზოგიერთი ბაქტერიის მიერ. დღის განმავლობაში, როდესაც ნიადაგი თბება, მისგან გამოიყოფა ამიაკი, წყალბადის სულფიდი და ნახშირორჟანგი. ნიადაგში მიმდინარე ყველა პროცესი შედის ბიოსფეროში არსებული ნივთიერებების ციკლში.

დედამიწის ჰიდროსფერო, ანუ მსოფლიო ოკეანე, პლანეტის ზედაპირის 2/3-ზე მეტს იკავებს. ოკეანის წყლების ფიზიკური თვისებები და ქიმიური შემადგენლობა ძალიან მუდმივია და ქმნის სიცოცხლისათვის ხელსაყრელ გარემოს. წყლის ცხოველები გამოიყოფა სუნთქვის დროს, წყალმცენარეები ამდიდრებენ წყალს ფოტოსინთეზის დროს. წყალმცენარეების ფოტოსინთეზი ხდება ძირითადად წყლის ზედა ფენაში - 100 მ-მდე სიღრმეზე.ოკეანის პლანქტონს შეადგენს ფოტოსინთეზის 1/3, რომელიც ხდება მთელ პლანეტაზე. ბიომასა ძირითადად ოკეანეშია გაფანტული. საშუალოდ, დედამიწაზე ბიომასა, თანამედროვე მონაცემებით, არის დაახლოებით t, მწვანე მიწის მცენარეების მასა 97%, ცხოველები და მიკროორგანიზმები 3%. ოკეანეებში ცოცხალი ბიომასა 1000-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ხმელეთზე. მზის ენერგიის გამოყენება ოკეანის ფართობზე - 0,04%, ხმელეთზე - 0,1%. ოკეანე არ არის ისეთი მდიდარი ცხოვრებით, როგორც ამას ბოლო დრომდე ვარაუდობდნენ.

კაცობრიობა ბიოსფეროს ბიომასის მხოლოდ მცირე ნაწილს შეადგენს. თუმცა, დაეუფლა ენერგიის სხვადასხვა ფორმებს - მექანიკურ, ელექტრო, ატომურ - მან დაიწყო უზარმაზარი გავლენა ბიოსფეროში მიმდინარე პროცესებზე. ადამიანის საქმიანობა გახდა ისეთი ძლიერი ძალა, რომ ეს ძალა ბუნების ბუნების ძალების შესაბამისი გახდა. ადამიანის საქმიანობის შედეგების ანალიზმა, ამ აქტივობის გავლენა მთლიანად ბიოსფეროზე, ხელმძღვანელობდა აკადემიკოსმა ვ.ი. ვერნადსკიმ დასკვნამდე მივიდა, რომ ამჟამად კაცობრიობამ შექმნა დედამიწის ახალი გარსი - "ინტელექტუალური". ვერნადსკიმ მას "ნოოსფერო" უწოდა. ნოოსფერო არის "ადამიანის კოლექტიური გონება, კონცენტრირებული როგორც მის შესაძლებლობებში, ასევე ბიოსფეროზე კინეტიკურ ეფექტებში. თუმცა, ეს ეფექტები საუკუნეების განმავლობაში სპონტანური და ზოგჯერ მტაცებლური ხასიათისა იყო და ასეთი ზემოქმედების შედეგი საფრთხის შემცველი იყო. გარემოს დაბინძურება, ყველა შემდგომი შედეგით“.

გარემოს დაცვის პრობლემასთან დაკავშირებული საკითხების განხილვა მოითხოვს კონცეფციის დაზუსტებას. გარემოეს ტერმინი აღნიშნავს ჩვენს მთელ პლანეტას, პლუს სიცოცხლის თხელ გარსს - ბიოსფეროს, პლუს გარე სივრცეს, რომელიც ჩვენს გარშემოა და გავლენას ახდენს ჩვენზე. თუმცა, ხშირად, სიმარტივისთვის, გარემო ნიშნავს მხოლოდ ბიოსფეროს და ჩვენი პლანეტის ნაწილს - დედამიწას. ქერქი. V.I. ვერნადსკის თანახმად, ბიოსფერო არის "ცოცხალი მატერიის არსებობის არეალი." ცოცხალი მატერია არის ყველა ცოცხალი ორგანიზმის მთლიანობა, ადამიანის ჩათვლით.

ეკოლოგია, როგორც ორგანიზმებს შორის, ასევე ორგანიზმებსა და გარემოს შორის ურთიერთობის მეცნიერება, განსაკუთრებულ ყურადღებას უთმობს იმ რთული სისტემების (ეკოსისტემების) შესწავლას, რომლებიც წარმოიქმნება ბუნებაში ორგანიზმების ერთმანეთთან და არაორგანულ გარემოსთან ურთიერთქმედების საფუძველზე. ამრიგად, ეკოსისტემა არის ბუნების ცოცხალი და არაცოცხალი კომპონენტების ერთობლიობა, რომლებიც ურთიერთქმედებაში არიან. ეს კონცეფცია გამოიყენება სხვადასხვა სიგრძის ერთეულებზე - ჭიანჭველადან (მიკროეკოსისტემა) ოკეანემდე (მაკროეკოსისტემა). ბიოსფერო თავად არის დედამიწის გიგანტური ეკოსისტემა.

ეკოსისტემის კომპონენტებს შორის კავშირები წარმოიქმნება უპირველეს ყოვლისა საკვების კავშირებისა და ენერგიის მიღების გზების საფუძველზე. საკვები ნივთიერებებისა და ენერგიის მოპოვებისა და გამოყენების მეთოდის მიხედვით, ბიოსფეროს ყველა ორგანიზმი იყოფა ორ მკვეთრად განსხვავებულ ჯგუფად: ავტოტროფებად და ჰეტეროფორებად. ავტოტროფებს შეუძლიათ ორგანული ნივთიერებების სინთეზირება არაორგანული ნაერთებისგან ( და ა.შ.). ამ ენერგიით ღარიბი ნაერთებიდან უჯრედები სინთეზირებენ გლუკოზას, ამინომჟავებს და შემდეგ უფრო რთულ ორგანულ ნაერთებს - ნახშირწყლებს, ცილებს და ა.შ. დედამიწაზე მთავარი ავტოტროფები მწვანე მცენარეების უჯრედებია, ასევე ზოგიერთი მიკროორგანიზმი. ჰეტეროტროფებს არ შეუძლიათ ორგანული ნივთიერებების სინთეზირება არაორგანული ნაერთებისგან. მათ სჭირდებათ მზა ორგანული ნაერთების მიწოდება. ჰეტეროტროფები არის ცხოველების, ადამიანების, მიკროორგანიზმების უმეტესობის და ზოგიერთი მცენარის უჯრედები (მაგალითად, სოკოები და მწვანე მცენარეები, რომლებიც არ შეიცავს ქლოროფილს). კვების პროცესში ჰეტეროტროფები საბოლოოდ არღვევენ ორგანულ ნივთიერებებს ნახშირორჟანგად, წყალამდე და მინერალურ მარილებად, ე.ი. ნივთიერებები, რომლებიც შესაფერისია ავტოტროფების ხელახალი გამოყენებისთვის.

ამრიგად, ბუნებაში ხდება ნივთიერებების უწყვეტი მიმოქცევა: სიცოცხლისთვის აუცილებელი ქიმიკატები ავტოტროფებით გამოიყოფა გარემოდან და უბრუნდება მას მრავალი ჰეტეროტროფის მეშვეობით. ეს პროცესი მოითხოვს ენერგიის მუდმივ მიწოდებას გარედან. მისი წყარო მზის სხივური ენერგიაა. ორგანიზმების აქტივობით გამოწვეული მატერიის მოძრაობა ციკლურად ხდება და მისი გამოყენება შესაძლებელია ისევ და ისევ, ხოლო ენერგია ამ პროცესებში წარმოდგენილია ცალმხრივი ნაკადით. მზის ენერგია მხოლოდ ორგანიზმების მიერ გარდაიქმნება სხვა ფორმებად - ქიმიურ, მექანიკურ, თერმულ. თერმოდინამიკის კანონების შესაბამისად, ასეთ გარდაქმნებს ყოველთვის თან ახლავს ენერგიის ნაწილის გაფრქვევა სითბოს სახით. მიუხედავად იმისა, რომ ნივთიერებების მიმოქცევის ზოგადი სქემა შედარებით მარტივია, ბუნების რეალურ პირობებში ეს პროცესი ძალიან რთულ ფორმებს იღებს. ჰეტეროტროფული ორგანიზმების არც ერთ ტიპს არ შეუძლია მცენარეების ორგანული ნივთიერებების დაუყოვნებლივ დაშლა საბოლოო მინერალურ პროდუქტებამდე (და ა.შ.). თითოეული სახეობა იყენებს ორგანულ ნივთიერებებში შემავალი ენერგიის მხოლოდ ნაწილს, რაც მის დაშლას გარკვეულ სტადიამდე მიიყვანს. ამ სახეობისთვის უვარგისი რჩება, მაგრამ მაინც ენერგიით მდიდარი, გამოიყენება სხვა ორგანიზმების მიერ. ამრიგად, ევოლუციის პროცესში, ეკოსისტემაში განვითარდა ურთიერთდაკავშირებული სახეობების ჯაჭვები, რომლებიც თანმიმდევრულად იღებენ მასალებს და ენერგიას ორიგინალური საკვები ნივთიერებიდან. ყველა სახეობა, რომლებიც ქმნიან კვებით ჯაჭვს, არსებობენ მწვანე მცენარეების მიერ წარმოქმნილი ორგანული ნივთიერებებით.

მთლიანობაში, მცენარეებზე დაცემული მზის სხივური ენერგიის მხოლოდ 1% გარდაიქმნება სინთეზირებული ორგანული ნივთიერებების ენერგიად, რომელთა გამოყენება შეუძლიათ ჰეტეროტროფულ ორგანიზმებს. მცენარეულ საკვებში შემავალი ენერგიის უმეტესი ნაწილი ცხოველის ორგანიზმში იხარჯება სხვადასხვა სასიცოცხლო პროცესებზე და, სითბოდ გადაქცევა, იფანტება. ამავდროულად, ამ საკვები ენერგიის მხოლოდ 10-20% მიდის პირდაპირ ახალი ნივთიერების მშენებლობაზე. სასარგებლო ენერგიის დიდი დანაკარგები წინასწარ განსაზღვრავს იმ ფაქტს, რომ კვების ჯაჭვები შედგება მცირე რაოდენობის რგოლებისგან (3-5). სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ენერგიის დანაკარგების შედეგად მკვეთრად მცირდება კვებითი ჯაჭვების ყოველ მომდევნო დონეზე წარმოქმნილი ორგანული ნივთიერებების რაოდენობა. ამ მნიშვნელოვან წესს ე.წ ეკოლოგიური პირამიდის წესიხოლო დიაგრამაზე იგი წარმოდგენილია პირამიდით, რომელშიც ყოველი მომდევნო დონე შეესაბამება პირამიდის ფუძის პარალელურ სიბრტყეს. არსებობს ეკოლოგიური პირამიდების სხვადასხვა კატეგორიები: რიცხვების პირამიდა - ასახავს ინდივიდების რაოდენობას კვებითი ჯაჭვის თითოეულ დონეზე, ბიომასის პირამიდა - ასახავს ორგანული ნივთიერებების რაოდენობას, შესაბამისად, ენერგიის პირამიდა - ასახავს ენერგიის რაოდენობას. საკვებში.

ნებისმიერი ეკოსისტემა შედგება ორი კომპონენტისგან. ერთი მათგანი ორგანულია, წარმოადგენს სახეობების კომპლექსს, რომლებიც ქმნიან თვითშენარჩუნების სისტემას, რომელშიც ხდება ნივთიერებების მიმოქცევა, რომელსაც ეწოდება ბიოცენოზი, მეორე არის არაორგანული კომპონენტი, რომელიც თავშესაფარს აძლევს ბიოცენოზს და ეწოდება ბიოტონი:

ეკოსისტემა = ბიოტონი + ბიოცენოზი.

სხვა ეკოსისტემები, ისევე როგორც გეოლოგიური, კლიმატური, კოსმოსური გავლენა ამ ეკოლოგიურ სისტემასთან მიმართებაში მოქმედებენ როგორც გარე ძალები. ეკოსისტემის სტაბილურობა ყოველთვის დაკავშირებულია მის განვითარებასთან. თანამედროვე შეხედულებების მიხედვით, ეკოსისტემას აქვს მიდრეკილება განვითარდეს თავისი სტაბილური მდგომარეობისკენ – მომწიფებული ეკოსისტემისკენ. ამ ცვლილებას მემკვიდრეობა ეწოდება. მემკვიდრეობის ადრეული ეტაპები ხასიათდება დაბალი სახეობრივი მრავალფეროვნებით და დაბალი ბიომასით. ეკოსისტემა განვითარების საწყის ეტაპზე ძალიან მგრძნობიარეა დარღვევების მიმართ და ენერგიის ძირითად ნაკადზე ძლიერმა ზემოქმედებამ შეიძლება გაანადგუროს იგი. მომწიფებულ ეკოსისტემებში იზრდება ფლორა და ფაუნა. ამ შემთხვევაში ერთი კომპონენტის დაზიანებას არ შეუძლია ძლიერი გავლენა მოახდინოს მთელ ეკოსისტემაზე. ამრიგად, მომწიფებულ ეკოსისტემას აქვს სტაბილურობის მაღალი ხარისხი.

როგორც ზემოთ აღინიშნა, გეოლოგიური, კლიმატური, ჰიდროგეოლოგიური და კოსმოსური გავლენები მოცემულ ეკოლოგიურ სისტემასთან მიმართებაში მოქმედებს როგორც გარე ძალები. გარე ძალებს შორის, რომლებიც გავლენას ახდენენ ეკოსისტემებზე, ადამიანის ზემოქმედებას განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს. ბუნებრივი ეკოსისტემების სტრუქტურის, ფუნქციონირებისა და განვითარების ბიოლოგიური კანონები დაკავშირებულია მხოლოდ იმ ორგანიზმებთან, რომლებიც მათი აუცილებელი კომპონენტებია. ამ მხრივ ადამიანი, როგორც სოციალურად (ინდივიდუალური), ისე ბიოლოგიურად (ორგანიზმი), არ შედის ბუნებრივ ეკოსისტემებში. ეს მაინც გამომდინარეობს იქიდან, რომ ნებისმიერ ბუნებრივ ეკოსისტემას თავისი წარმოშობისა და განვითარების დროს შეუძლია ადამიანის გარეშე. ადამიანი არ არის ამ სისტემის აუცილებელი ელემენტი. გარდა ამისა, ორგანიზმების გაჩენა და არსებობა განპირობებულია მხოლოდ ეკოსისტემის ზოგადი კანონებით, ხოლო ადამიანი წარმოიქმნება საზოგადოების მიერ და არსებობს საზოგადოებაში. ადამიანი, როგორც პიროვნება და როგორც ბიოლოგიური არსება არის სპეციალური სისტემის კომპონენტი - ადამიანთა საზოგადოება, რომელსაც სურსათის განაწილების ეკონომიკური კანონები და მისი არსებობის სხვა პირობები ისტორიულად ცვალებადია. ამავდროულად, სიცოცხლისთვის აუცილებელ ელემენტებს, როგორიცაა ჰაერი და წყალი, ადამიანი იღებს გარედან, რადგან ადამიანის საზოგადოება არის ღია სისტემა, რომელშიც ენერგია და მატერია მოდის გარედან. ამრიგად, ადამიანი არის „გარე ელემენტი“ და არ შეუძლია მუდმივ ბიოლოგიურ ურთიერთობაში შესვლა ბუნებრივი ეკოსისტემების ელემენტებთან. მეორეს მხრივ, გარე ძალად მოქმედი ადამიანი დიდ გავლენას ახდენს ეკოსისტემებზე. ამასთან დაკავშირებით, აუცილებელია აღვნიშნოთ ორი ტიპის ეკოსისტემის არსებობის შესაძლებლობა: ბუნებრივი (ბუნებრივი) და ხელოვნური. განვითარება (მემკვიდრეობა) ბუნებრივი ეკოსისტემებიემორჩილება ევოლუციის კანონებს ან კოსმიური გავლენის კანონებს (მუდმივობა ან კატასტროფები). ხელოვნური ეკოსისტემები- ეს არის ცოცხალი ორგანიზმებისა და მცენარეების აგრეგატები, რომლებიც ცხოვრობენ იმ პირობებში, რაც ადამიანმა შექმნა თავისი შრომით, თავისი აზროვნებით. ბუნებაზე ადამიანის ზემოქმედების ძალა გამოიხატება სწორედ ხელოვნურ ეკოსისტემებში, რომლებიც დღეს დედამიწის ბიოსფეროს უმეტეს ნაწილს მოიცავს.

ეკოლოგიური ადამიანის ჩარევა ცხადია ყოველთვის ხდებოდა. ადამიანის მთელი წინა აქტივობა შეიძლება განიხილებოდეს, როგორც მრავალი ან თუნდაც ყველა ეკოლოგიური სისტემის, ყველა ბიოცენოზის ადამიანის საჭიროებებზე დაქვემდებარების პროცესი. ადამიანის ჩარევა ეკოლოგიურ ბალანსზე არ იმოქმედებდა. უძველესი ადამიანიც კი, ტყეების წვა, ეკოლოგიურ წონასწორობას არღვევდა, მაგრამ ამას ნელა და შედარებით მცირე მასშტაბით აკეთებდა. ასეთი ჩარევა უფრო ლოკალური ხასიათისა იყო და არ იწვევდა გლობალურ შედეგებს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, იმდროინდელი ადამიანის საქმიანობა წონასწორობასთან მიახლოებულ პირობებში მიმდინარეობდა. თუმცა, ახლა ადამიანის ზემოქმედებამ ბუნებაზე, მეცნიერების, ტექნოლოგიებისა და ტექნოლოგიების განვითარების გამო, ისეთი მასშტაბები მიიღო, რომ ეკოლოგიური ბალანსის დარღვევა გლობალური მასშტაბით საფრთხის შემცველი გახდა. ეკოსისტემებზე ადამიანის ზემოქმედების პროცესი რომ არ ყოფილიყო სპონტანური და ზოგჯერ მტაცებლური, მაშინ ეკოლოგიური კრიზისის საკითხი არც ისე მწვავე იქნებოდა. იმავდროულად, ადამიანის საქმიანობა დღეს იმდენად შეესაბამებოდა ბუნების ძლიერ ძალებს, რომ თავად ბუნება ვეღარ უმკლავდება იმ დატვირთვას, რომელსაც განიცდის.

ამრიგად, გარემოს დაცვის პრობლემის მთავარი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ კაცობრიობა, თავისი შრომითი საქმიანობის წყალობით, გახდა ისეთი ძლიერი ბუნების ფორმირების ძალა, რომ მისმა გავლენამ დაიწყო უფრო სწრაფად გამოვლენა, ვიდრე ბუნებრივი ევოლუციის გავლენა. ბიოსფერო.

მიუხედავად იმისა, რომ ტერმინი „გარემოს დაცვა“ დღეს ძალიან გავრცელებულია, ის მაინც მკაცრად არ ასახავს საკითხის არსს. ფიზიოლოგი ი.მ. სეჩენოვმა ერთხელ აღნიშნა, რომ ცოცხალი ორგანიზმი ვერ იარსებებს გარემოსთან ურთიერთქმედების გარეშე. ამ თვალსაზრისით, ტერმინი „გარემოს მენეჯმენტი“ უფრო მკაცრი ჩანს. ზოგადად, გარემოს რაციონალური გამოყენების პრობლემაა ბიოსფეროს ნორმალური ფუნქციონირების უზრუნველყოფის მექანიზმების პოვნა.

სატესტო კითხვები

1. განმარტეთ ტერმინი „გარემო“.

2. რა არის გარემოს დაცვის პრობლემის მთავარი არსი?

3. ჩამოთვალეთ გარემოს დაცვის პრობლემის სხვადასხვა ასპექტები.

4. განმარტეთ ტერმინი „ქიმიური ეკოლოგია“.

5. ჩამოთვალეთ ჩვენი პლანეტის მთავარი გეოსფეროები.

6. მიუთითეთ ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ ბიოსფეროს ზედა და ქვედა საზღვრებს.

7. ჩამოთვალეთ ბიოფილური ელემენტები.

8. კომენტარი ადამიანის აქტივობის გავლენის შესახებ ნახშირბადის გარდაქმნების ბუნებრივ ციკლზე.

9. რას იტყვით ფოტოსინთეზის მექანიზმზე?

10. მიეცით სუნთქვის პროცესის დიაგრამა.

11. მიეცით დუღილის პროცესების დიაგრამა.

12. განსაზღვრეთ ტერმინები „მწარმოებელი“, „მომხმარებელი“, „შემმცირებელი“.

13. რა განსხვავებაა „ავტოტროფებსა“ და „ჰეტეროტროფებს“ შორის?

14. განმარტეთ ტერმინი „ნოოსფერო“.

15. რა არის „ეკოლოგიური პირამიდის“ წესის არსი?

16. განსაზღვრეთ ტერმინები „ბიოტონი“ და „ბიოცენოზი“.

17. განმარტეთ ტერმინი „ეკოსისტემა“.

მიკროელემენტები და ფერმენტები. შესავალი მეტალოფერმენტებში. სპეციფიკური და არასპეციფიკური ფერმენტები. ლითონის იონების როლი ფერმენტებში. ჰორიზონტალური მსგავსება d-ელემენტების ბიოლოგიურ მოქმედებაში.ელემენტების სინერგიზმი და ანტაგონიზმი.

d- ელემენტების იონების მიდრეკილება ჰიდროლიზისა და პოლიმერიზაციისკენ

მჟავე გარემოში d-ელემენტის იონები არის ჰიდრატირებული იონების სახით [M(H 2 O) m] n+. pH-ის მატებასთან ერთად, მრავალი d-ელემენტის დატენიანებულ იონებს, დიდი მუხტისა და იონის მცირე ზომის გამო, აქვთ მაღალი პოლარიზებული ეფექტი წყლის მოლეკულებზე, ჰიდროქსიდის იონების მიმღები უნარი, განიცდიან კათიონურ ჰიდროლიზს და ქმნიან ძლიერ კოვალენტს. ობლიგაციებს OH - . პროცესი მთავრდება ან ძირითადი მარილების [M (OH) m] (m-n) +, ან უხსნადი ჰიდროქსიდების M (OH) n, ან ჰიდროქსო კომპლექსების [M (OH) m] (n-m) - წარმოქმნით. ჰიდროლიზური ურთიერთქმედების პროცესი შეიძლება გაგრძელდეს მრავალბირთვული კომპლექსების წარმოქმნით პოლიმერიზაციის რეაქციის შედეგად.

2. 4. d-ელემენტების ბიოლოგიური როლი (გარდამავალი ელემენტები)

ელემენტები, რომელთა შემცველობა არ აღემატება 10-3%-ს, ფერმენტების, ჰორმონების, ვიტამინებისა და სხვა სასიცოცხლო ნაერთების ნაწილია. ცილების, ნახშირწყლების და ცხიმების ცვლისთვის აუცილებელია: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; ცილების სინთეზში მონაწილეობენ: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, ჰემატოპოეზიში - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; სუნთქვაში - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn და Co. ამიტომ, მიკროელემენტები ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში, როგორც მიკროსასუქები მინდვრის კულტურებისთვის, ზედა გასახდელი მეცხოველეობის, მეფრინველეობის და თევზის მეურნეობაში. მიკროელემენტები არის ცოცხალი სისტემების დიდი რაოდენობით ბიორეგულატორების ნაწილი, რომლებიც დაფუძნებულია ბიოკომპლექსებზე. ფერმენტები არის სპეციალური ცილები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც კატალიზატორები ბიოლოგიურ სისტემებში. ფერმენტები უნიკალური კატალიზატორებია შეუდარებელი ეფექტურობით და მაღალი სელექციურობით. წყალბადის ზეჟანგის 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 დაშლის რეაქციის ეფექტურობის მაგალითი ფერმენტების თანდასწრებით ნაჩვენებია ცხრილში 6.

ცხრილი 6. აქტივაციის ენერგია (E o) და H 2 O 2 დაშლის რეაქციის შედარებითი სიჩქარე სხვადასხვა კატალიზატორების არარსებობისა და არსებობის შემთხვევაში

ამჟამად ცნობილია 2000-ზე მეტი ფერმენტი, რომელთაგან ბევრი ახდენს ერთ რეაქციას. ფერმენტების დიდი ჯგუფის აქტივობა ვლინდება მხოლოდ გარკვეული არაცილოვანი ნაერთების, კოფაქტორების არსებობით. ლითონის იონები ან ორგანული ნაერთები მოქმედებენ როგორც კოფაქტორები. ფერმენტების დაახლოებით მესამედი გააქტიურებულია გარდამავალი ლითონებით.

ფერმენტებში ლითონის იონები ასრულებენ უამრავ ფუნქციას: ისინი წარმოადგენენ ფერმენტის აქტიური ცენტრის ელექტროფილურ ჯგუფს და ხელს უწყობენ ურთიერთქმედებას სუბსტრატის მოლეკულების უარყოფითად დამუხტულ რეგიონებთან, ქმნიან ფერმენტის სტრუქტურის კატალიზურად აქტიურ კონფორმაციას (ჩართულია თუთია და მანგანუმის იონები. რნმ-ის ხვეული სტრუქტურის ფორმირებაში), მონაწილეობენ ელექტრონების ტრანსპორტირებაში (ელექტრონების გადაცემის კომპლექსები). ლითონის იონის უნარი შეასრულოს თავისი როლი შესაბამისი ფერმენტის აქტიურ ცენტრში, დამოკიდებულია ლითონის იონის კომპლექსურ უნარზე, წარმოქმნილი კომპლექსის გეომეტრიასა და სტაბილურობაზე. ეს უზრუნველყოფს ფერმენტის სელექციურობის გაზრდას სუბსტრატებთან მიმართებაში, ფერმენტში ან სუბსტრატში ბმების გააქტიურებას კოორდინაციის გზით და სუბსტრატის ფორმის შეცვლას აქტიური ადგილის სტერული მოთხოვნების შესაბამისად.

ბიოკომპლექსები განსხვავდებიან სტაბილურობით. ზოგიერთი მათგანი იმდენად გამძლეა, რომ მუდმივად იმყოფება სხეულში და ასრულებს კონკრეტულ ფუნქციას. იმ შემთხვევებში, როდესაც კოფაქტორსა და ფერმენტ პროტეინს შორის კავშირი ძლიერია და მათი განცალკევება რთულია, მას „პროთეზირების ჯგუფს“ უწოდებენ. ასეთი ობლიგაციები ნაპოვნია ფერმენტებში, რომლებიც შეიცავს რკინის ჰემის კომპლექსს პორფინის წარმოებულთან. ასეთ კომპლექსებში მეტალების როლი ძალზე სპეციფიკურია: მისი ჩანაცვლება თუნდაც მსგავსი თვისებების მქონე ელემენტით იწვევს ფიზიოლოგიური აქტივობის მნიშვნელოვან ან სრულ დაკარგვას. ეს ფერმენტები არიან სპეციფიკურ ფერმენტებზე.

ასეთი ნაერთების მაგალითებია ქლოროფილი, პოლიფენილოქსიდაზა, ვიტამინი B12, ჰემოგლობინი და ზოგიერთი მეტალოფერმენტი (სპეციფიკური ფერმენტები). რამდენიმე ფერმენტი მონაწილეობს მხოლოდ ერთ კონკრეტულ ან ცალკეულ რეაქციაში.

ფერმენტების უმეტესობის კატალიზური თვისებები განისაზღვრება აქტიური ცენტრით, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა მიკროელემენტებით. ფერმენტები სინთეზირდება ფუნქციის ხანგრძლივობისთვის. ლითონის იონი მოქმედებს როგორც აქტივატორი და შეიძლება შეიცვალოს სხვა ლითონის იონით ფერმენტის ფიზიოლოგიური აქტივობის დაკარგვის გარეშე. ესენი ენიჭებათ არასპეციფიკური ფერმენტები.

ქვემოთ მოცემულია ფერმენტები, რომლებშიც სხვადასხვა ლითონის იონები ასრულებენ მსგავს ფუნქციებს.

ცხრილი 7. ფერმენტები, რომლებშიც სხვადასხვა ლითონის იონები ასრულებენ მსგავს ფუნქციებს

ერთ კვალი ელემენტს შეუძლია გაააქტიუროს სხვადასხვა ფერმენტების მუშაობა, ხოლო ერთი ფერმენტი შეიძლება გააქტიურდეს სხვადასხვა მიკროელემენტებით. ბიოლოგიურ მოქმედებაში ყველაზე დიდი მსგავსება აქვთ მიკროელემენტების მქონე ფერმენტებს იმავე ჟანგვის მდგომარეობაში +2. როგორც ჩანს, გარდამავალი ელემენტების კვალი ელემენტები თავიანთ ბიოლოგიურ მოქმედებაში ხასიათდება უფრო მეტი ჰორიზონტალური მსგავსებით, ვიდრე ვერტიკალური მსგავსებით D.I-ს პერიოდულ სისტემაში. მენდელეევი (Ti-Zn სერიაში). ამა თუ იმ მიკროელემენტის გამოყენების შესახებ გადაწყვეტილების მიღებისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ არა მხოლოდ ამ ელემენტის მობილური ფორმების არსებობა, არამედ სხვა, რომლებსაც აქვთ იგივე დაჟანგვის მდგომარეობა და. შეუძლიათ შეცვალონ ერთმანეთი ფერმენტების შემადგენლობაში.

შუალედურ პოზიციას სპეციფიკურ და არასპეციფიკურ ფერმენტებს შორის იკავებს ზოგიერთი მეტალოფერმენტი. ლითონის იონები მოქმედებენ როგორც კოფაქტორი. ფერმენტის ბიოკომპლექსის სიძლიერის მატება ზრდის მისი ბიოლოგიური მოქმედების სპეციფიკას. ფერმენტის ლითონის იონის ფერმენტული მოქმედების ეფექტურობაზე გავლენას ახდენს მისი დაჟანგვის ხარისხი. გავლენის ინტენსივობის მიხედვით მიკროელემენტები განლაგებულია შემდეგ რიგში:

Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+. Mn 3+ იონი, განსხვავებით Mn 2+ იონისგან, ძალიან მჭიდრო კავშირშია ცილებთან, ხოლო Fe 3+ ჟანგბადის შემცველ ჯგუფებთან ერთად უპირატესად მეტალოპროტეინების ნაწილია.

კომპლექსური ფორმის მიკროელემენტები ორგანიზმში მოქმედებს, როგორც ფაქტორი, რომელიც აშკარად განსაზღვრავს უჯრედების მაღალ მგრძნობელობას მიკროელემენტების მიმართ მათი მონაწილეობით მაღალი კონცენტრაციის გრადიენტის შექმნაში. ატომური და იონური რადიუსების მნიშვნელობები, იონიზაციის ენერგიები, კოორდინაციის რიცხვები, ბიოლიგანდის მოლეკულებში იმავე ელემენტებთან ბმების შექმნის ტენდენცია განსაზღვრავს იონების ურთიერთჩანაცვლების დროს დაფიქსირებულ ეფექტებს: ეს შეიძლება მოხდეს გაზრდით. (სინერგიზმი) და მათი ბიოლოგიური აქტივობის დათრგუნვით (ანტაგონიზმი)ელემენტი იცვლება. d-ელემენტების იონებს +2 დაჟანგვის მდგომარეობაში (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) აქვთ ატომების მსგავსი ფიზიკოქიმიური მახასიათებლები (გარე დონის ელექტრონული სტრუქტურა, იონების ახლო რადიუსი, ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის ტიპი, ახლო მნიშვნელობები. სტაბილურობის მუდმივები ბიოლიგანდებთან). კომპლექსური აგენტის ფიზიკოქიმიური მახასიათებლების მსგავსება განსაზღვრავს მათი ბიოლოგიური მოქმედების სიახლოვეს და ურთიერთშემცვლელობას. ზემოაღნიშნული გარდამავალი ელემენტები ასტიმულირებს ჰემატოპოეზის პროცესებს, აძლიერებს მეტაბოლურ პროცესებს. ჰემატოპოეზის პროცესებში ელემენტების სინერგიზმი შესაძლოა დაკავშირებული იყოს ამ ელემენტების იონების მონაწილეობასთან ადამიანის სისხლის უჯრედების სინთეზის პროცესის სხვადასხვა ეტაპზე.

s - I ჯგუფის ელემენტებისთვის, მათი პერიოდის სხვა ელემენტებთან შედარებით, ატომების ბირთვების მცირე მუხტი, ვალენტური ელექტრონების დაბალი იონიზაციის პოტენციალი, ატომის დიდი ზომა და მისი ზრდა ჯგუფში ზემოდან ქვემოდან. დამახასიათებელია. ეს ყველაფერი განსაზღვრავს მათი იონების მდგომარეობას წყალხსნარებში ჰიდრატირებული იონების სახით. ლითიუმის უდიდესი მსგავსება ნატრიუმთან განსაზღვრავს მათ ურთიერთშემცვლელობას, მათი მოქმედების სინერგიას. კალიუმის, რუბიდიუმის და ცეზიუმის იონების წყალხსნარებში დესტრუქციული თვისებები უზრუნველყოფს მათ უკეთეს მემბრანულ გამტარიანობას, ურთიერთშემცვლელობას და მოქმედების სინერგიულობას. K +-ის კონცენტრაცია უჯრედებში 35-ჯერ მეტია, ვიდრე მის გარეთ, ხოლო Na +-ის კონცენტრაცია უჯრედგარე სითხეში 15-ჯერ მეტია, ვიდრე უჯრედის შიგნით. ეს იონები ანტაგონისტები არიან ბიოლოგიურ სისტემებში. s - II ჯგუფის ელემენტები სხეულში არის ნაერთების სახით, რომლებიც წარმოიქმნება ფოსფორის, ნახშირბადის და კარბოქსილის მჟავებით. კალციუმი, რომელიც ძირითადად შეიცავს ძვლოვან ქსოვილში, თავისი თვისებებით ახლოს არის სტრონციუმთან და ბარიუმთან, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს იგი ძვლებში. ამ შემთხვევაში შეინიშნება სინერგიის და ანტაგონიზმის ორივე შემთხვევა. კალციუმის იონები ასევე არიან ნატრიუმის, კალიუმის და მაგნიუმის იონების ანტაგონისტები. Be 2+ და Mg 2+ იონების ფიზიკურ-ქიმიური მახასიათებლების მსგავსება განსაზღვრავს მათ ურთიერთშემცვლელობას Mg–N და Mg–O ობლიგაციების შემცველ ნაერთებში. ამით შეიძლება აიხსნას მაგნიუმის შემცველი ფერმენტების დათრგუნვა ორგანიზმში ბერილიუმის მოხვედრისას. ბერილიუმი არის მაგნიუმის ანტაგონისტი. შესაბამისად, მიკროელემენტების ფიზიკოქიმიური თვისებები და ბიოლოგიური მოქმედება განისაზღვრება ატომების სტრუქტურით. ბიოგენური ელემენტების უმეტესობა D.I-ის მეორე, მესამე და მეოთხე პერიოდის წევრია. მენდელეევი. ეს არის შედარებით მსუბუქი ატომები, მათი ატომების ბირთვების შედარებით მცირე მუხტით.

2. 4. 2. გარდამავალი ელემენტების ნაერთების როლი ელექტრონების გადაცემაში ცოცხალ სისტემებში.

ცოცხალ ორგანიზმში ბევრ პროცესს აქვს ციკლური, ტალღის მსგავსი ბუნება. ძირითადი ქიმიური პროცესები უნდა იყოს შექცევადი. პროცესების შექცევადობა განისაზღვრება თერმოდინამიკური და კინეტიკური ფაქტორების ურთიერთქმედებით. შექცევად რეაქციებს მიეკუთვნება ის რეაქციები 10-3-დან 103-მდე მუდმივებით და პროცესის DG 0 და DE 0 მცირე მნიშვნელობით. ამ პირობებში საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების კონცენტრაციები შეიძლება იყოს შესადარებელ კონცენტრაციებში და მათი გარკვეულ დიაპაზონში შეცვლით შესაძლებელია პროცესის შექცევადობის მიღწევა. კინეტიკური თვალსაზრისით, უნდა იყოს დაბალი აქტივაციის ენერგიები. ამიტომ, ლითონის იონები (რკინა, სპილენძი, მანგანუმი, კობალტი, მოლიბდენი, ტიტანი და სხვა) არის ელექტრონების მოსახერხებელი გადამზიდავი ცოცხალ სისტემებში. ელექტრონის დამატება და გამოშვება იწვევს ცვლილებებს მხოლოდ ლითონის იონის ელექტრონულ კონფიგურაციაში, კომპლექსის ორგანული კომპონენტის სტრუქტურის მნიშვნელოვანი ცვლილების გარეშე. ცოცხალ სისტემებში უნიკალური როლი ენიჭება ორ რედოქს სისტემას: Fe 3+ /Fe 2+ და Cu 2+ /Cu +. ბიოლიგანდები ასტაბილურებენ ჟანგვის ფორმას უფრო მეტად პირველ წყვილში და უპირატესად შემცირებულ ფორმას მეორე წყვილში. ამიტომ, რკინის შემცველ სისტემებში ფორმალური პოტენციალი ყოველთვის დაბალია, ხოლო სპილენძის შემცველ სისტემებში, ხშირად უფრო მაღალი, სპილენძისა და რკინის შემცველი რედოქს სისტემები მოიცავს პოტენციალების ფართო სპექტრს, რაც მათ საშუალებას აძლევს ურთიერთქმედონ ბევრ სუბსტრატთან, რასაც თან ახლავს ზომიერი ცვლილებები. DG 0 და DE 0, რომელიც აკმაყოფილებს შექცევადობის პირობებს. მეტაბოლიზმის მნიშვნელოვანი ეტაპია წყალბადის გამოყოფა საკვები ნივთიერებებიდან. ამ შემთხვევაში წყალბადის ატომები იონურ მდგომარეობაში გადადიან და მათგან გამოყოფილი ელექტრონები სასუნთქ ჯაჭვში შედიან; ამ ჯაჭვში, ერთი ნაერთიდან მეორეზე გადასვლისას, ისინი თმობენ ენერგიას ენერგიის ერთ-ერთი მთავარი წყაროს, ადენოზინის ტრიფოსფორის მჟავას (ATP) შესაქმნელად, და ისინი, საბოლოოდ, ხვდებიან ჟანგბადის მოლეკულას და მიემაგრებიან მას, ქმნიან. წყლის მოლეკულები. ხიდი, რომლის გასწვრივაც ელექტრონები ირხევიან, არის რკინის რთული ნაერთები პორფირინის ბირთვით, შემადგენლობით ჰემოგლობინის მსგავსი.

რკინის შემცველი ფერმენტების დიდ ჯგუფს, რომლებიც ახორციელებენ მიტოქონდრიებში ელექტრონების გადაცემის პროცესს, ე.წ. ციტოქრომები(დაახლოებით x.), საერთო ჯამში ცნობილია დაახლოებით 50 ციტოქრომი. ციტოქრომები არის რკინის პორფირინები, რომლებშიც რკინის იონის ექვსივე ორბიტალი დაკავებულია დონორის ატომებით, ბიოლიგანდით. ციტოქრომებს შორის განსხვავება მხოლოდ პორფირინის რგოლის გვერდითი ჯაჭვების შემადგენლობაშია. ბიოლიგანდის სტრუქტურის ცვალებადობა იწვევს ფორმალური პოტენციალების სიდიდის განსხვავებას. ყველა უჯრედი შეიცავს მინიმუმ სამ სტრუქტურულად დაკავშირებულ პროტეინს, რომელსაც ციტოქრომები a, b, c ეწოდება. ციტოქრომ c-ში კავშირი პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ჰისტიდინის ნარჩენებთან ხორციელდება პორფირინის ბირთვის მეშვეობით.რკინის იონში თავისუფალი კოორდინაციის ადგილი უკავია პოლიპეპტიდური ჯაჭვის მეთიონინის ნარჩენს:

ციტოქრომების ფუნქციონირების ერთ-ერთი მექანიზმი, რომლებიც ქმნიან ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვის ერთ-ერთ რგოლს, არის ელექტრონის გადატანა ერთი სუბსტრატიდან მეორეზე.

ქიმიური თვალსაზრისით, ციტოქრომები არის ნაერთები, რომლებიც ავლენენ რედოქს ორმაგობას შექცევად პირობებში.

ციტოქრომ c-ით ელექტრონის გადაცემას თან ახლავს რკინის ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილება:

გ. X. Fe 3+ + e "c.xFe 2+

ჟანგბადის იონები რეაგირებენ გარემოს წყალბადის იონებთან და წარმოქმნიან წყალს ან წყალბადის ზეჟანგს. პეროქსიდი სწრაფად იშლება სპეციალური ფერმენტის კატალაზას მიერ წყალში და ჟანგბადში სქემის მიხედვით:

2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2

ფერმენტი პეროქსიდაზა აჩქარებს ორგანული ნივთიერებების ჟანგვის რეაქციებს წყალბადის ზეჟანგით სქემის მიხედვით:

ამ ფერმენტებს აქვთ ჰემი თავიანთ სტრუქტურაში, რომლის ცენტრში არის რკინა +3 ჟანგვის მდგომარეობით (2 სექცია 7.7).

ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვში ციტოქრომი c გადასცემს ელექტრონებს ციტოქრომებში, რომლებსაც ციტოქრომ ოქსიდაზები ეწოდება. ისინი შეიცავს სპილენძის იონებს. ციტოქრომი არის ერთი ელექტრონული მატარებელი. ერთ-ერთ ციტოქრომში სპილენძის არსებობა რკინასთან ერთად აქცევს მას ორელექტრონულ გადამზიდად, რაც შესაძლებელს ხდის პროცესის სიჩქარის გაკონტროლებას.

სპილენძი არის მნიშვნელოვანი ფერმენტის - სუპეროქსიდის დისმუტაზას (SOD) ნაწილი, რომელიც იყენებს ტოქსიკურ სუპეროქსიდ იონს O 2 - ორგანიზმში რეაქციის შედეგად.

[SOD Cu 2+] + ® O 2 - [SOD Cu +] + O 2

[SOD Cu +] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+] + H 2 O 2

წყალბადის ზეჟანგი ორგანიზმში კატალაზას მოქმედებით იშლება.

ამჟამად ცნობილია დაახლოებით 25 სპილენძის შემცველი ფერმენტი. ისინი ქმნიან ოქსიგენაზებისა და ჰიდროქსილაზების ჯგუფს. შემადგენლობა, მათი მოქმედების მექანიზმი აღწერილია ნაშრომში (2, ნაწილი 7.9.).

გარდამავალი ელემენტების კომპლექსები წარმოადგენს მიკროელემენტების წყაროს ბიოლოგიურად აქტიური ფორმით, მემბრანის მაღალი გამტარიანობით და ფერმენტული აქტივობით. ისინი მონაწილეობენ ორგანიზმის დაცვაში „ოქსიდაციური სტრესისგან“. ეს გამოწვეულია მათი მონაწილეობით მეტაბოლური პროდუქტების გამოყენებაში, რომლებიც განსაზღვრავენ უკონტროლო ჟანგვის პროცესს (პეროქსიდებით, თავისუფალი რადიკალებით და სხვა ჟანგბად-აქტიური ნაწილაკებით), ასევე სუბსტრატების დაჟანგვაში. წყალბადის ზეჟანგით სუბსტრატის დაჟანგვის (RN) თავისუფალ რადიკალური რეაქციის მექანიზმი რკინის კომპლექსის (FeL) მონაწილეობით, როგორც კატალიზატორი, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რეაქციის სქემებით.

RN +. OH ® R. + H 2 O; რ. + FeL ® R + + FeL

სუბსტრატი

R + + OH - ® RON

ოქსიდირებული სუბსტრატი

რადიკალური რეაქციის შემდგომი მიმდინარეობა იწვევს ჰიდროქსილაციის უფრო მაღალი ხარისხის მქონე პროდუქტების წარმოქმნას. სხვა რადიკალებიც ანალოგიურად მოქმედებენ: HO 2. ო 2 . , . დაახლოებით 2 - .

2. 5. p-ბლოკის ელემენტების ზოგადი მახასიათებლები

ელემენტები, რომლებშიც გარე ვალენტური დონის p-ქვედონის დასრულება ეწოდება p-ელემენტები. ვალენტური დონის ელექტრონული სტრუქტურა ns 2 p 1-6. s- და p-ქვედონეების ელექტრონები ვალენტურია.

ცხრილი 8. p-ელემენტების მდებარეობა ელემენტების პერიოდულ სისტემაში.

პერიოდი	ჯგუფი
IIIA	IVA	VA	VIA	VIIA	VIIIA
		(C)	(N)	(ო)	(F)	ნე
			(P)	(S)	(Cl)	არ
	გა					კრ
	In	sn	სბ	თე	(ᲛᲔ)	Xe
	ტლ	Pb	ბი	პო	ზე	Rn
	გვ 1	გვ 2	გვ 3	გვ 4	გვ 5	R 6
() - შეუცვლელი ელემენტები, - ბიოგენური ელემენტები

მარცხნიდან მარჯვნივ პერიოდებში იზრდება ბირთვების მუხტი, რომელთა გავლენა ჭარბობს ელექტრონებს შორის ურთიერთგაგების ძალების ზრდაზე. ამრიგად, იონიზაციის პოტენციალი, ელექტრონების აფინურობა და, შესაბამისად, მიმღების უნარი და არამეტალური თვისებები იზრდება პერიოდებში. ყველა ელემენტი, რომელიც დევს დიაგონალზე Br - At და ზემოთ არის არამეტალები და ქმნიან მხოლოდ კოვალენტურ ნაერთებს და ანიონებს. ყველა სხვა p-ელემენტი (გარდა ინდიუმის, ტალიუმის, პოლონიუმის, ბისმუტისა, რომლებიც ავლენენ მეტალურ თვისებებს) ამფოტერული ელემენტებია და ქმნიან როგორც კატიონებს, ასევე ანიონებს და ორივე ძლიერ ჰიდროლიზებულია. არალითონური პ-ელემენტების უმეტესობა ბიოგენურია (კეთილშობილი გაზების, ტელურისა და ასტატინის გარდა). p-ელემენტებიდან - ლითონებიდან - მხოლოდ ალუმინი ითვლება ბიოგენურად. განსხვავებები მეზობელი ელემენტების თვისებებში, როგორც შიგნით; და პერიოდისთვის: ისინი ბევრად უფრო გამოხატულია, ვიდრე s-ელემენტები. პ-მეორე პერიოდის ელემენტებს - აზოტს, ჟანგბადს, ფტორს აქვთ წყალბადური ბმების წარმოქმნაში მონაწილეობის გამოხატული უნარი. მესამე და შემდგომი პერიოდის ელემენტები კარგავენ ამ უნარს. მათი მსგავსება მდგომარეობს მხოლოდ გარე ელექტრონული გარსების სტრუქტურაში და იმ ვალენტურ მდგომარეობებში, რომლებიც წარმოიქმნება აუზიანებელ ატომებში დაუწყვილებელი ელექტრონების გამო. ბორი, ნახშირბადი და განსაკუთრებით აზოტი ძალიან განსხვავდება მათი ჯგუფების დანარჩენი ელემენტებისაგან (d- და f-ქვედონეების არსებობა).

ყველა p-ელემენტი და განსაკუთრებით მეორე და მესამე პერიოდის p-ელემენტები (C, N, P, O, S, Si, Cl) ქმნიან მრავალ ნაერთს ერთმანეთთან და s-, d- და f- ელემენტებთან. . დედამიწაზე ცნობილი ნაერთების უმეტესობა არის p-ელემენტური ნაერთები. სიცოცხლის ხუთი ძირითადი (მაკრობიოგენური) p-ელემენტი - O, P, C, N და S - არის მთავარი სამშენებლო მასალა, საიდანაც შედგება ცილების, ცხიმების, ნახშირწყლების და ნუკლეინის მჟავების მოლეკულები. p-ელემენტების დაბალი მოლეკულური ნაერთებიდან ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს ოქსოანიონებს: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- და ჰალოგენური იონები. p-ელემენტებს აქვთ მრავალი ვალენტური ელექტრონი სხვადასხვა ენერგიით. ამრიგად, ნაერთები აჩვენებენ დაჟანგვის სხვადასხვა ხარისხს. მაგალითად, ნახშირბადი ავლენს სხვადასხვა დაჟანგვის მდგომარეობას -4-დან +4-მდე. აზოტი - -3-დან +5-მდე, ქლორი - -1-დან +7-მდე.

რეაქციის დროს, p-ელემენტს შეუძლია შეწიროს და მიიღოს ელექტრონები, რომლებიც მოქმედებენ, შესაბამისად, როგორც აღმდგენი ან ჟანგვის აგენტი, რაც დამოკიდებულია ელემენტის თვისებებზე, რომელთანაც იგი ურთიერთქმედებს. ეს იწვევს მათ მიერ წარმოქმნილ ნაერთების ფართო სპექტრს. სხვადასხვა დაჟანგვის მდგომარეობების p-ელემენტის ატომების ურთიერთგადასვლა, მათ შორის მეტაბოლური რედოქს პროცესების მეშვეობით (მაგალითად, ალკოჰოლური ჯგუფის დაჟანგვა მათ ალდეჰიდში და შემდეგ კარბოქსილში და ა.შ.) იწვევს მათ ქიმიურ გარდაქმნებს.

ნახშირბადის ნაერთი ავლენს ჟანგვის თვისებებს, თუ რეაქციის შედეგად ნახშირბადის ატომები გაზრდის მისი ობლიგაციების რაოდენობას ნაკლებად ელექტროუარყოფითი ელემენტების ატომებთან (ლითონი, წყალბადი), რადგან საერთო ბმის ელექტრონების მოზიდვით ნახშირბადის ატომი ამცირებს მის ჟანგვის მდგომარეობას.

CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH \u003d O ® -COOH ® CO 2

ორგანულ ნაერთებში ჟანგვის აგენტსა და შემამცირებელ აგენტს შორის ელექტრონების გადანაწილებას შეიძლება თან ახლდეს ქიმიური ბმის მთლიანი ელექტრონების სიმკვრივის ცვლა ატომზე, რომელიც მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი. ძლიერი პოლარიზაციის შემთხვევაში, ეს კავშირი შეიძლება დაირღვეს.

ცოცხალ ორგანიზმებში ფოსფატები ემსახურებიან ჩონჩხის, უჯრედის მემბრანების და ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურულ კომპონენტებს. ძვლოვანი ქსოვილი აგებულია ძირითადად ჰიდროქსიაპატიტი Ca 5 (PO 4) 3 OH. ფოსფოლიპიდები არის უჯრედის მემბრანების საფუძველი. ნუკლეინის მჟავები შედგება რიბოზის ან დეზოქსირიბოზა ფოსფატის ჯაჭვებისგან. გარდა ამისა, პოლიფოსფატები ენერგიის მთავარი წყაროა.

ადამიანის ორგანიზმში NO აუცილებლად სინთეზირდება ფერმენტის NO-სინთაზას გამოყენებით ამინომჟავა არგინინიდან. NO-ს სიცოცხლის ხანგრძლივობა სხეულის უჯრედებში დაახლოებით წამია, მაგრამ მათი ნორმალური ფუნქციონირება შეუძლებელია NO-ს გარეშე. ეს ნაერთი უზრუნველყოფს: სისხლძარღვთა კუნთების გლუვი კუნთების მოდუნებას, გულის მუშაობის რეგულირებას, იმუნური სისტემის ეფექტურ ფუნქციონირებას, ნერვული იმპულსების გადაცემას. მოსალოდნელია, რომ NO მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს სწავლასა და მეხსიერებაში.

რედოქს რეაქციები, რომლებიც მოიცავს p-ელემენტებს, უდევს საფუძვლად მათ ტოქსიკურ ზემოქმედებას სხეულზე. აზოტის ოქსიდების ტოქსიკური მოქმედება დაკავშირებულია მათ მაღალ რედოქს უნართან. საკვებში მიღებული ნიტრატები ორგანიზმში მცირდება ნიტრიტებად.

NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O

ნიტრიტები ძალიან ტოქსიკურია. ისინი გარდაქმნიან ჰემოგლობინს მეტემოგლობინად, რომელიც არის ჰემოგლობინის ჰიდროლიზისა და დაჟანგვის პროდუქტი.

შედეგად, ჰემოგლობინი კარგავს უნარს, გადაიტანოს ჟანგბადი სხეულის უჯრედებში. ორგანიზმში ვითარდება ჰიპოქსია. გარდა ამისა, ნიტრიტები, როგორც სუსტი მჟავის მარილები, რეაგირებენ მარილმჟავასთან კუჭის შიგთავსში, წარმოქმნიან აზოტმჟავას, რომელიც ქმნის კანცეროგენულ ნიტროზამინებს მეორად ამინებთან ერთად:

მაღალი მოლეკულური წონის ორგანული ნაერთების (ამინომჟავები, პოლიპეპტიდები, ცილები, ცხიმები, ნახშირწყლები და ნუკლეინის მჟავები) ბიოლოგიური ეფექტი განისაზღვრება ატომებით (N, P, S, O) ან ატომების ფორმირებული ჯგუფებით (ფუნქციური ჯგუფები), რომლებშიც ისინი მოქმედებენ როგორც ქიმიურად აქტიური ცენტრები, დონორი ელექტრონული წყვილი, რომელსაც შეუძლია შექმნას საკოორდინაციო ბმები ლითონის იონებთან და ორგანულ მოლეკულებთან. მაშასადამე, p-ელემენტები ქმნიან პოლიდენტატ ქელატირებელ ნაერთებს (ამინომჟავები, პოლიპეპტიდები, ცილები, ნახშირწყლები და ნუკლეინის მჟავები). მათ ახასიათებთ კომპლექსური რეაქციები, ამფოტერული თვისებები და ანიონური ჰიდროლიზის რეაქციები. ეს თვისებები განსაზღვრავს მათ მონაწილეობას ძირითად ბიოქიმიურ პროცესებში, იზოჰიდრიის მდგომარეობის უზრუნველყოფაში. ისინი ქმნიან ცილის, ფოსფატის, წყალბადის კარბონატის ბუფერულ სისტემებს. ისინი მონაწილეობენ საკვები ნივთიერებების, მეტაბოლური პროდუქტების და სხვა პროცესების ტრანსპორტირებაში.

3. 1. გარემოს როლი. ატმოსფეროს დაბინძურების ქიმია. ექიმის როლი გარემოსა და ადამიანის ჯანმრთელობის დაცვაში.

ა.პ. ვინოგრადოვმა აჩვენა, რომ დედამიწის ზედაპირი ქიმიური შემადგენლობით ჰეტეროგენულია. მცენარეები და ცხოველები, ისევე როგორც ადამიანები, რომლებიც განლაგებულია სხვადასხვა ზონის ტერიტორიაზე, იყენებენ საკვებ ნივთიერებებს, რომლებიც არ არის იგივე ქიმიური შემადგენლობით და ამაზე რეაგირებენ გარკვეული ფიზიოლოგიური რეაქციებით და სხეულის გარკვეული ქიმიური შემადგენლობით. მიკროელემენტებით გამოწვეული ეფექტები დამოკიდებულია ორგანიზმში მათ მიღებაზე. ბიომეტალების კონცენტრაცია ორგანიზმში მისი ნორმალური ფუნქციონირებისას შენარჩუნებულია მკაცრად განსაზღვრულ დონეზე (ბიოტური დოზა) შესაბამისი ცილების და ჰორმონების დახმარებით. ორგანიზმში ბიომეტალების მარაგი სისტემატურად ივსება. ისინი საკმარისი რაოდენობით გვხვდება მიღებულ საკვებში. საკვებისკენ მიმავალი მცენარეებისა და ცხოველების ქიმიური შემადგენლობა გავლენას ახდენს სხეულზე.

ინტენსიურმა სამრეწველო წარმოებამ გამოიწვია გარემოს დაბინძურება „მავნე“ ნივთიერებებით, მათ შორის გარდამავალი ელემენტების ნაერთებით. ბუნებაში ხდება ელემენტების ინტენსიური გადანაწილება ბიოგეოქიმიურ პროვინციებში. ორგანიზმთან მათი მიღების ძირითადი გზა (80%-მდე) არის ჩვენი საკვები. გარემოს ანთროპოგენური დაბინძურების გათვალისწინებით, აუცილებელია რადიკალური ღონისძიებების გატარება გარემოსა და მასში მცხოვრები ადამიანების რეაბილიტაციისთვის. ევროპის ბევრ ქვეყანაში ეს პრობლემა ეკონომიკური ზრდის პრობლემებზე წინ დგას და პრიორიტეტებს შორისაა. ბოლო წლებში გაიზარდა სხვადასხვა დამაბინძურებლების ემისია. მრეწველობის განვითარების პროგნოზი საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ იქნება ემისიებისა და გარემოს დამაბინძურებლების ოდენობის შემდგომი ზრდა.

რეალურ ზონებს, რომლებშიც სასიცოცხლო აქტივობის შედეგად ხდება ელემენტების მიმოქცევა, ე.წ ეკოსისტემებიან, როგორც აკადემიკოსი ვ.ნ. სუკაჩოვი, ბიოგეოცენოზი. ადამიანი ჩვენი პლანეტის ეკოსისტემების განუყოფელი ნაწილია. თავის ცხოვრებაში ადამიანს შეუძლია შეაფერხოს ბუნებრივი ბიოგენური ციკლის მიმდინარეობა. გარემო დაბინძურებულია მრავალი ინდუსტრიით. V.I. ვერნადსკის სწავლების თანახმად, ჩვენი პლანეტის გარსი, რომელიც შეიცვალა ადამიანის ეკონომიკური საქმიანობით, ე.წ. ნოოსფერო. იგი მოიცავს მთელ ბიოსფეროს და სცილდება მის საზღვრებს (სტრატოსფერო, ღრმა მაღაროები, ჭები და ა.შ.). ნოოსფეროში მთავარ როლს ასრულებს ელემენტების ტექნოგენური მიგრაცია - ტექნოგენეზი. ნოოსფეროს გეოქიმიის კვლევა არის თეორიული საფუძველი ბუნებრივი რესურსების რაციონალური გამოყენებისა და გარემოს დაბინძურების წინააღმდეგ ბრძოლისათვის. აირისებრი, თხევადი, მყარი გარემოს დაბინძურება ქმნის ტოქსიკურ აეროზოლებს (ნისლი, კვამლი) ატმოსფეროს ზედაპირულ ფენაში. როდესაც ატმოსფერო დაბინძურებულია გოგირდის დიოქსიდით, მაღალი ტენიანობა ტემპერატურის არარსებობისას, წარმოიქმნება ტოქსიკური სმოგი. გარემოსთვის ძირითად ზიანს აყენებს SO 2, SO 3 და H 2 SO 3 და H 2 SO 4 მჟავების დაჟანგვის პროდუქტები. ინდუსტრიულ რაიონებში გოგირდის ოქსიდის, აზოტის გამოყოფის შედეგად შეიმჩნევა „მჟავა“ წვიმები. წვიმის წყალს, რომელიც შეიცავს წყალბადის იონების მაღალ კონცენტრაციას, შეუძლია გამოირეცხოს ტოქსიკური ლითონის იონები:

ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O

შიდა წვის ძრავის მუშაობის დროს გამოიყოფა აზოტის ოქსიდები, რომელთა გარდაქმნის პროდუქტია ოზონი:

N 2 + O 2 "2NO (ძრავის ცილინდრში)

საზოგადოებისთვის დიდ შეშფოთებას იწვევს ეკოლოგიური პრობლემები, რომელთა ქიმიური არსი არის ბიოსფეროს დაცვა ნახშირბადისა და მეთანის ოქსიდების სიჭარბისგან, რაც ქმნის „სათბურის ეფექტს“, გოგირდისა და აზოტის ოქსიდებს, რაც იწვევს „მჟავე წვიმას“; ჰალოგენის წარმოებულები (ქლორი, ფტორი) ნახშირწყალბადები, რომლებიც არღვევენ „დედამიწის ოზონის ფარს“; კანცეროგენული ნივთიერებები (პოლიარომატული ნახშირწყალბადები და მათი არასრული წვის პროდუქტები) და სხვა პროდუქტები. დღესდღეობით აქტუალური ხდება არა მხოლოდ გარემოს დაცვის პრობლემა, არამედ შიდა გარემოს დაცვაც. სულ უფრო იზრდება ცოცხალ ორგანიზმში შემავალი ნივთიერებები, რომლებიც უცხოა, უცხოა სიცოცხლისთვის და ე.წ. ქსენობიოტიკები. ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის მონაცემებით, ისინი დაახლოებით 4 მილიონია, ისინი ორგანიზმში შედიან საკვებით, წყლით და ჰაერით, ასევე წამლების (დოზირების ფორმები) სახით.

ეს გამოწვეულია ქიმიკატების მწარმოებლებისა და მომხმარებლების დაბალი კულტურის გამო, რომლებსაც არ აქვთ პროფესიული ქიმიური ცოდნა. მართლაც, მხოლოდ ნივთიერებების თვისებების იგნორირებამ, მათი გადაჭარბებული გამოყენების შედეგების გათვალისწინების შეუძლებლობამ შეიძლება გამოიწვიოს ბუნების გამოუსწორებელი ზარალი, რომლის განუყოფელი ელემენტია ადამიანი. მართლაც, აქამდე, ზოგიერთი მწარმოებელი და თუნდაც სამედიცინო მუშაკი, ბულგაკოვის წისქვილს ადარებენ, რომელსაც მალარიისგან სასწრაფოდ გამოჯანმრთელება სურდა ქინინის წარმოუდგენელი (შოკური) დოზით, მაგრამ დრო არ ჰქონდა - ის გარდაიცვალა. სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების როლი გარემოს დაბინძურებასა და დაავადებების გაჩენაში, მათ შორის პროფესიული, ჯერ კიდევ არ არის საკმარისად შესწავლილი. აუცილებელია გაანალიზდეს ადამიანის აქტივობის შედეგად სხვადასხვა ნივთიერებების გარემოში შეღწევა, ადამიანის ორგანიზმში, მცენარეებში მათი შეღწევის გზები, მათი ურთიერთქმედება ცოცხალ ორგანიზმებთან სხვადასხვა დონეზე და ეფექტური ზომების სისტემის შემუშავება, რომელიც მიმართულია შემდგომი პრევენციისკენ. გარემოს დაბინძურება და ორგანიზმის შიდა გარემოს დაცვის აუცილებელი ბიოლოგიური საშუალებების შექმნა. სამედიცინო მუშაკები ვალდებულნი არიან მონაწილეობა მიიღონ ტექნიკური, პროფილაქტიკური, სანიტარიული და ჰიგიენური და ჯანმრთელობის გამაუმჯობესებელი ღონისძიებების შემუშავებასა და განხორციელებაში.

3.2 ბიოქიმიური პროვინციები. ენდემური დაავადებები.

ზონებს, რომლებშიც ცხოველები და მცენარეები ხასიათდებიან გარკვეული ქიმიური ელემენტარული შემადგენლობით, ეწოდება ბიოგეოქიმიური პროვინციები.ბიოგეოქიმიური პროვინციები არის მესამე რიგის ბიოსფეროს ტაქსები - სხვადასხვა ზომის ტერიტორიები ბიოსფეროს ქვერეგიონებში, ორგანიზმების მუდმივი დამახასიათებელი რეაქციებით (მაგალითად, ენდემური დაავადებები). განასხვავებენ ბიოგეოქიმიურ პროვინციას - ბუნებრივ და ტექნოგენურს, რომლებიც წარმოიქმნება | მადნის საბადოების განვითარებით, მეტალურგიული და ქიმიური მრეწველობის ემისიებიდან, სასუქების გამოყენება სოფლის მეურნეობაში. აუცილებელია ყურადღება მიაქციოთ მიკროორგანიზმების როლს გარემოს გეოქიმიური მახასიათებლების შექმნაში. ელემენტების ნაკლებობამ და სიჭარბემ შეიძლება გამოიწვიოს ბიოგეოქიმიური პროვინციების წარმოქმნა, როგორც ელემენტების ნაკლებობის (იოდის, ფტორის, კალციუმის, სპილენძის და სხვა პროვინციების) და მათი ჭარბი (ბორი, მოლიბდენი, ფტორი, სპილენძი და ა.შ.) გამო. საინტერესო და მნიშვნელოვანი პრობლემაა ბრომის დეფიციტი კონტინენტურ რეგიონებში, მთიან რეგიონებში და ბრომის ჭარბი რაოდენობა სანაპირო და ვულკანურ ლანდშაფტებში. ამ რეგიონებში ცენტრალური ნერვული სისტემის ევოლუცია ხარისხობრივად განსხვავებულად მიმდინარეობდა. ბიოგეოქიმიური პროვინცია აღმოაჩინეს სამხრეთ ურალებში ნიკელით გამდიდრებულ ქანებზე. ახასიათებს ბალახების მახინჯი ფორმები, ცხვრის დაავადებები, რომლებიც დაკავშირებულია გარემოში ნიკელის მომატებულ შემცველობასთან.

ბიოგეოქიმიური პროვინციების შეფარდებამ მათ ეკოლოგიურ მდგომარეობასთან შესაძლებელი გახადა შემდეგი ტერიტორიების გამოყოფა: ა) შედარებით დამაკმაყოფილებელი ეკოლოგიური მდგომარეობით - (ფარდობითი კეთილდღეობის ზონა);ბ) შექცევადი, შეზღუდული და უმეტეს შემთხვევაში გამოსწორებული გარემოსდაცვითი დარღვევებით - (ეკოლოგიური რისკის ზონა); გ) საკმარისად მაღალი ხარისხის უბედურება, რომელიც შეინიშნება დიდი ხნის განმავლობაში დიდ ტერიტორიაზე, რომლის აღმოფხვრა მოითხოვს მნიშვნელოვან ხარჯებს და დროს - (ეკოლოგიური კრიზისის ზონა); დ) ძალიან მაღალი ხარისხის ეკოლოგიური პრობლემებით, თითქმის შეუქცევადი გარემო დარღვევებით, რომლებსაც აქვთ მკაფიო ლოკალიზაცია -( ეკოლოგიური კატასტროფის ზონა).

ზემოქმედების ფაქტორის, მისი დონის, მოქმედების ხანგრძლივობისა და გავრცელების არეალის მიხედვით, რისკისა და კრიზისულ ზონებად გამოვლინდა შემდეგი ბუნებრივი და ტექნოგენური ბიოგეოქიმიური პროვინციები:

1. პოლიმეტალური (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) დომინანტური Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn ასოციაციებით, მათ შორის:

· გამდიდრებულია სპილენძით (სამხრეთ ურალი, ბაშკორტოსტანი, ნორილსკი, მედნოგორსკი);

· გამდიდრებულია ნიკელით (ნორილსკი, მონჩეგორსკი, ნიკელი, პოლიარნი, ტუვა, სამხრეთ ურალი);

· გამდიდრებულია ტყვიით (ალტაი, კავკასია, ტრანსბაიკალია);

· გამდიდრებულია ფტორით (კიროვსკი, კრასნოიარსკი, ბრატსკი);

· ურანისა და რადიონუკლიდების მაღალი შემცველობით გარემოში (ტრანსბაიკალია, ალტაი, სამხრეთ ურალი).

2. ბიოგეოქიმიური პროვინციები მიკროელემენტების დეფიციტით (Se, I, Cu, Zn და სხვ.).

ელემენტების ქიმიის ეკოლოგიური ასპექტები

მიკროელემენტები და ფერმენტები. შესავალი მეტალოფერმენტებში. სპეციფიკური და არასპეციფიკური ფერმენტები. ლითონის იონების როლი ფერმენტებში. ჰორიზონტალური მსგავსება d-ელემენტების ბიოლოგიურ მოქმედებაში.ელემენტების სინერგიზმი და ანტაგონიზმი.

d- ელემენტების იონების მიდრეკილება ჰიდროლიზისა და პოლიმერიზაციისკენ

მჟავე გარემოში d-ელემენტის იონები არის ჰიდრატირებული იონების სახით [M(H 2 O) m] n+. pH-ის მატებასთან ერთად, მრავალი d-ელემენტის დატენიანებულ იონებს, დიდი მუხტისა და იონის მცირე ზომის გამო, აქვთ მაღალი პოლარიზებული ეფექტი წყლის მოლეკულებზე, ჰიდროქსიდის იონების მიმღები უნარი, განიცდიან კათიონურ ჰიდროლიზს და ქმნიან ძლიერ კოვალენტს. ობლიგაციებს OH - . პროცესი მთავრდება ან ძირითადი მარილების [M (OH) m] (m-n) +, ან უხსნადი ჰიდროქსიდების M (OH) n, ან ჰიდროქსოკომპლექსების [M (OH) m] (n-m) - წარმოქმნით. ჰიდროლიზური ურთიერთქმედების პროცესი შეიძლება გაგრძელდეს მრავალბირთვული კომპლექსების წარმოქმნით პოლიმერიზაციის რეაქციის შედეგად.

2. 4. d-ელემენტების ბიოლოგიური როლი (გარდამავალი ელემენტები)

ელემენტები, რომელთა შემცველობა არ აღემატება 10-3%-ს, ფერმენტების, ჰორმონების, ვიტამინებისა და სხვა სასიცოცხლო ნაერთების ნაწილია. ცილების, ნახშირწყლების და ცხიმების ცვლისთვის აუცილებელია: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; ცილების სინთეზში მონაწილეობენ: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, ჰემატოპოეზიში - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; სუნთქვაში - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn და Co. ამ მიზეზით, მიკროელემენტები ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში, როგორც მიკროსასუქები მინდვრის კულტურებისთვის, როგორც ზედა გასახდელი მეცხოველეობის, მეფრინველეობის და თევზის მეურნეობაში. მიკროელემენტები არის ცოცხალი სისტემების დიდი რაოდენობით ბიორეგულატორების ნაწილი, რომლებიც დაფუძნებულია ბიოკომპლექსებზე. ფერმენტები არის სპეციალური ცილები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც კატალიზატორები ბიოლოგიურ სისტემებში. ფერმენტები უნიკალური კატალიზატორებია შეუდარებელი ეფექტურობით და მაღალი სელექციურობით. წყალბადის ზეჟანგის 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 დაშლის რეაქციის ეფექტურობის მაგალითი ფერმენტების თანდასწრებით ნაჩვენებია ცხრილში 6.

ცხრილი 6. აქტივაციის ენერგია (E o) და H 2 O 2 დაშლის რეაქციის შედარებითი სიჩქარე სხვადასხვა კატალიზატორების არარსებობისა და არსებობის შემთხვევაში

დღეისათვის ცნობილია 2000-ზე მეტი ფერმენტი, რომელთაგან ბევრი ახორციელებს ერთ რეაქციას. ფერმენტების დიდი ჯგუფის აქტივობა ვლინდება მხოლოდ გარკვეული არაცილოვანი ნაერთების, კოფაქტორების არსებობით. ლითონის იონები ან ორგანული ნაერთები მოქმედებენ როგორც კოფაქტორები. ფერმენტების დაახლოებით მესამედი გააქტიურებულია გარდამავალი ლითონებით.

ფერმენტებში ლითონის იონები ასრულებენ უამრავ ფუნქციას: ისინი წარმოადგენენ ფერმენტის აქტიური ცენტრის ელექტროფილურ ჯგუფს და ხელს უწყობენ ურთიერთქმედებას სუბსტრატის მოლეკულების უარყოფითად დამუხტულ უბნებთან; ისინი ქმნიან ფერმენტის სტრუქტურის კატალიზურად აქტიურ კონფორმაციას (თუთია და მანგანუმის იონები). მონაწილეობა მიიღოს რნმ-ის ხვეული სტრუქტურის ფორმირებაში, მონაწილეობა მიიღოს ელექტრონების ტრანსპორტირებაში (ელექტრონების გადაცემის კომპლექსები). ლითონის იონის უნარი შეასრულოს თავისი როლი შესაბამისი ფერმენტის აქტიურ ცენტრში, დამოკიდებულია ლითონის იონის კომპლექსურ უნარზე, წარმოქმნილი კომპლექსის გეომეტრიასა და სტაბილურობაზე. ეს უზრუნველყოფს ფერმენტის სელექციურობის გაზრდას სუბსტრატებთან მიმართებაში, ფერმენტში ან სუბსტრატში ბმების გააქტიურებას კოორდინაციის გზით და სუბსტრატის ფორმის შეცვლას აქტიური ცენტრის სტერული მოთხოვნების შესაბამისად.

ბიოკომპლექსები განსხვავდებიან სტაბილურობით. ზოგიერთი მათგანი იმდენად გამძლეა, რომ მუდმივად იმყოფება სხეულში და ასრულებს კონკრეტულ ფუნქციას. იმ შემთხვევებში, როდესაც კოფაქტორსა და ფერმენტ პროტეინს შორის კავშირი ძლიერია და მათი განცალკევება რთულია, მას „პროთეზირების ჯგუფს“ უწოდებენ. ასეთი ბმები აღმოჩენილია ფერმენტებში, რომლებიც შეიცავს რკინის ჰემე-კომპლექსურ ნაერთს პორფინის წარმოებულთან. ასეთ კომპლექსებში მეტალების როლი ძალზე სპეციფიკურია: მისი ჩანაცვლება თუნდაც მსგავსი თვისებების მქონე ელემენტით იწვევს ფიზიოლოგიური აქტივობის მნიშვნელოვან ან სრულ დაკარგვას. ეს ფერმენტები არიან სპეციფიკურ ფერმენტებზე.

ასეთი ნაერთების მაგალითებია ქლოროფილი, პოლიფენილ ოქსიდაზა, ვიტამინი B 12, ჰემოგლობინი და ზოგიერთი მეტალოფერმენტი (სპეციფიკური ფერმენტები). რამდენიმე ფერმენტი მონაწილეობს მხოლოდ ერთ კონკრეტულ ან ცალკეულ რეაქციაში.

ფერმენტების უმეტესობის კატალიზური თვისებები განისაზღვრება აქტიური ცენტრით, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა მიკროელემენტებით. ფერმენტები სინთეზირდება ფუნქციის ხანგრძლივობისთვის. ლითონის იონი მოქმედებს როგორც აქტივატორი და შეიძლება შეიცვალოს სხვა ლითონის იონით ფერმენტის ფიზიოლოგიური აქტივობის დაკარგვის გარეშე. ესენი ენიჭებათ არასპეციფიკური ფერმენტები.

ქვემოთ მოცემულია ფერმენტები, რომლებშიც სხვადასხვა ლითონის იონები ასრულებენ მსგავს ფუნქციებს.

ცხრილი 7. ფერმენტები, რომლებშიც სხვადასხვა ლითონის იონები ასრულებენ მსგავს ფუნქციებს

ერთ კვალი ელემენტს შეუძლია გაააქტიუროს სხვადასხვა ფერმენტების მუშაობა, ხოლო ერთი ფერმენტი შეიძლება გააქტიურდეს სხვადასხვა მიკროელემენტებით. ბიოლოგიურ მოქმედებაში ყველაზე დიდი მსგავსება აქვთ მიკროელემენტების მქონე ფერმენტებს იმავე ჟანგვის მდგომარეობაში +2. როგორც ჩანს, გარდამავალი ელემენტების კვალი ელემენტები თავიანთ ბიოლოგიურ მოქმედებაში ხასიათდება უფრო მეტი ჰორიზონტალური მსგავსებით, ვიდრე ვერტიკალური მსგავსებით D.I-ს პერიოდულ სისტემაში. მენდელეევი (Ti-Zn სერიაში). ამა თუ იმ მიკროელემენტის გამოყენების შესახებ გადაწყვეტილების მიღებისას ძალზე მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ არა მხოლოდ ამ ელემენტის მობილური ფორმების არსებობა, არამედ სხვა, რომლებსაც აქვთ იგივე დაჟანგვის მდგომარეობა. და შეუძლიათ შეცვალონ ერთმანეთი ფერმენტების შემადგენლობაში.

შუალედურ პოზიციას სპეციფიკურ და არასპეციფიკურ ფერმენტებს შორის იკავებს ზოგიერთი მეტალოფერმენტი. ლითონის იონები მოქმედებენ როგორც კოფაქტორი. ფერმენტის ბიოკომპლექსის სიძლიერის მატება ზრდის მისი ბიოლოგიური მოქმედების სპეციფიკას. ფერმენტის ლითონის იონის ფერმენტული მოქმედების ეფექტურობაზე გავლენას ახდენს მისი დაჟანგვის ხარისხი. გავლენის ინტენსივობის მიხედვით მიკროელემენტები განლაგებულია შემდეგ რიგში:

Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+. Mn 3+ იონი, განსხვავებით Mn 2+ იონისგან, ძალიან მჭიდრო კავშირშია ცილებთან, ხოლო Fe 3+ ჟანგბადის შემცველ ჯგუფებთან ერთად უპირატესად მეტალოპროტეინების ნაწილია.

კომპლექსური ფორმის მიკროელემენტები ორგანიზმში მოქმედებს, როგორც ფაქტორი, რომელიც აშკარად განსაზღვრავს უჯრედების მაღალ მგრძნობელობას მიკროელემენტების მიმართ მათი მონაწილეობით მაღალი კონცენტრაციის გრადიენტის შექმნაში. ატომური და იონური რადიუსების მნიშვნელობები, იონიზაციის ენერგიები, კოორდინაციის რიცხვები, ბიოლიგანდის მოლეკულებში იმავე ელემენტებთან ბმების შექმნის ტენდენცია განსაზღვრავს იონების ურთიერთჩანაცვლების დროს დაფიქსირებულ ეფექტებს: ეს შეიძლება მოხდეს გაზრდით. (სინერგიზმი) და მათი ბიოლოგიური აქტივობის დათრგუნვით (ანტაგონიზმი)ელემენტი იცვლება. d-ელემენტების იონებს +2 დაჟანგვის მდგომარეობაში (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) აქვთ ატომების მსგავსი ფიზიკოქიმიური მახასიათებლები (გარე დონის ელექტრონული სტრუქტურა, იონების ახლო რადიუსი, ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის ტიპი, ახლო მნიშვნელობები. სტაბილურობის მუდმივები ბიოლიგანდებთან). კომპლექსური აგენტის ფიზიკოქიმიური მახასიათებლების მსგავსება განსაზღვრავს მათი ბიოლოგიური მოქმედების სიახლოვეს და ურთიერთშემცვლელობას. ზემოაღნიშნული გარდამავალი ელემენტები ასტიმულირებს ჰემატოპოეზის პროცესებს, აძლიერებს მეტაბოლურ პროცესებს. ჰემატოპოეზის პროცესებში ელემენტების სინერგია შესაძლოა დაკავშირებული იყოს ამ ელემენტების იონების მონაწილეობასთან ადამიანის სისხლის უჯრედების სინთეზის პროცესის სხვადასხვა ეტაპზე.

s - I ჯგუფის ელემენტებისთვის, მათი პერიოდის სხვა ელემენტებთან შედარებით, ატომების ბირთვების მცირე მუხტი, ვალენტური ელექტრონების დაბალი იონიზაციის პოტენციალი, ატომის დიდი ზომა და მისი ზრდა ჯგუფში ზემოდან ქვემოდან. დამახასიათებელია. ეს ყველაფერი განსაზღვრავს მათი იონების მდგომარეობას წყალხსნარებში ჰიდრატირებული იონების სახით. ლითიუმის უდიდესი მსგავსება ნატრიუმთან განსაზღვრავს მათ ურთიერთშემცვლელობას, მათი მოქმედების სინერგიას. კალიუმის, რუბიდიუმის და ცეზიუმის იონების წყალხსნარებში დესტრუქციული თვისებები უზრუნველყოფს მათ უკეთეს მემბრანულ გამტარიანობას, ურთიერთშემცვლელობას და მათი მოქმედების სინერგიას. K +-ის კონცენტრაცია უჯრედებში 35-ჯერ მეტია, ვიდრე მის გარეთ, ხოლო Na +-ის კონცენტრაცია უჯრედგარე სითხეში 15-ჯერ მეტია, ვიდრე უჯრედის შიგნით. ეს იონები ანტაგონისტები არიან ბიოლოგიურ სისტემებში. s - სხეულში II ჯგუფის ელემენტები არის ფოსფორის, ნახშირბადის და კარბოქსილის მჟავებით წარმოქმნილი ნაერთების სახით. კალციუმი, რომელიც ძირითადად შეიცავს ძვლოვან ქსოვილში, თავისი თვისებებით ახლოს არის სტრონციუმთან და ბარიუმთან, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს იგი ძვლებში. ამ შემთხვევაში შეინიშნება სინერგიზმისა და ანტაგონიზმის ორივე შემთხვევა. კალციუმის იონები ასევე არიან ნატრიუმის, კალიუმის და მაგნიუმის იონების ანტაგონისტები. Be 2+ და Mg 2+ იონების ფიზიკოქიმიური მახასიათებლების მსგავსება განაპირობებს მათ ურთიერთშემცვლელობას Mg–N და Mg–O ობლიგაციების შემცველ ნაერთებში. ამით შეიძლება აიხსნას მაგნიუმის შემცველი ფერმენტების დათრგუნვა ორგანიზმში ბერილიუმის მოხვედრისას. ბერილიუმი არის მაგნიუმის ანტაგონისტი. შესაბამისად, მიკროელემენტების ფიზიკოქიმიური თვისებები და ბიოლოგიური მოქმედება განისაზღვრება ატომების სტრუქტურით. ბიოგენური ელემენტების უმეტესობა D.I-ის მეორე, მესამე და მეოთხე პერიოდის წევრია. მენდელეევი. ეს არის შედარებით მსუბუქი ატომები, მათი ატომების ბირთვების შედარებით მცირე მუხტით.

2. 4. 2. გარდამავალი ელემენტების ნაერთების როლი ელექტრონების გადაცემაში ცოცხალ სისტემებში.

ცოცხალ ორგანიზმში ბევრ პროცესს აქვს ციკლური, ტალღის მსგავსი ბუნება. ძირითადი ქიმიური პროცესები უნდა იყოს შექცევადი. პროცესების შექცევადობა განისაზღვრება თერმოდინამიკური და კინეტიკური ფაქტორების ურთიერთქმედებით. შექცევად რეაქციებს მიეკუთვნება ის რეაქციები 10-3-დან 103-მდე მუდმივებით და პროცესის DG 0 და DE 0 მცირე მნიშვნელობით. ამ პირობებში საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების კონცენტრაციები შეიძლება იყოს შესადარებელ კონცენტრაციებში და მათი გარკვეულ დიაპაზონში შეცვლით შესაძლებელია პროცესის შექცევადობის მიღწევა. კინეტიკური თვალსაზრისით, უნდა იყოს დაბალი აქტივაციის ენერგიები. ამ მიზეზით, ლითონის იონები (რკინა, სპილენძი, მანგანუმი, კობალტი, მოლიბდენი, ტიტანი და სხვა) არის ელექტრონების მოსახერხებელი გადამზიდავი ცოცხალ სისტემებში. ელექტრონის დამატება და გამოშვება იწვევს ცვლილებებს მხოლოდ ლითონის იონის ელექტრონულ კონფიგურაციაში, კომპლექსის ორგანული კომპონენტის სტრუქტურის მნიშვნელოვანი ცვლილების გარეშე. ცოცხალ სისტემებში უნიკალური როლი ენიჭება ორ რედოქს სისტემას: Fe 3+ /Fe 2+ და Cu 2+ /Cu +. ბიოლიგანდები ასტაბილურებენ ჟანგვის ფორმას უფრო მეტად პირველ წყვილში და უპირატესად შემცირებულ ფორმას მეორე წყვილში. ამ მიზეზით, რკინის შემცველ სისტემებში ფორმალური პოტენციალი ყოველთვის დაბალია, ხოლო სპილენძის შემცველ სისტემებში ფორმალური პოტენციალი ხშირად უფრო მაღალია. სპილენძისა და რკინის შემცველი რედოქს სისტემები მოიცავს პოტენციალების ფართო სპექტრს, რაც მათ საშუალებას აძლევს ურთიერთქმედება ბევრ სუბსტრატთან. , თან ახლავს ზომიერი ცვლილებები DG 0 და DE 0, რომელიც აკმაყოფილებს შექცევადობის პირობებს. მეტაბოლიზმის მნიშვნელოვანი ეტაპია წყალბადის გამოყოფა საკვები ნივთიერებებიდან. ამ შემთხვევაში წყალბადის ატომები იონურ მდგომარეობაში გადადიან და მათგან გამოყოფილი ელექტრონები სასუნთქ ჯაჭვში შედიან; ამ ჯაჭვში, ერთი ნაერთიდან მეორეზე გადასვლისას, ისინი ენერგიას უთმობენ ენერგიის ერთ-ერთი ძირითადი წყაროს, ადენოზინის ტრიფოსფორის მჟავას (ATP) წარმოქმნას და ისინი, საბოლოოდ, ხვდებიან ჟანგბადის მოლეკულას და ემაგრებიან მას. წყლის მოლეკულების ფორმირება. ხიდი, რომლის გასწვრივაც ელექტრონები ირხევიან, არის რკინის რთული ნაერთები პორფირინის ბირთვით, შემადგენლობით ჰემოგლობინის მსგავსი.

რკინის შემცველი ფერმენტების დიდ ჯგუფს, რომლებიც ახდენენ მიტოქონდრიებში ელექტრონის გადაცემის პროცესს კატალიზებას, ჩვეულებრივ უწოდებენ. ციტოქრომები(დაახლოებით x.), საერთო ჯამში ცნობილია დაახლოებით 50 ციტოქრომი. ციტოქრომები არის რკინის პორფირინები, რომლებშიც რკინის იონის ექვსივე ორბიტალი დაკავებულია დონორის ატომებით, ბიოლიგანდით. ციტოქრომებს შორის განსხვავება მხოლოდ პორფირინის რგოლის გვერდითი ჯაჭვების შემადგენლობაშია. ბიოლიგანდის სტრუქტურის ცვალებადობა იწვევს ფორმალური პოტენციალების სიდიდის განსხვავებას. ყველა უჯრედი შეიცავს მინიმუმ სამ სტრუქტურულად დაკავშირებულ პროტეინს, რომელსაც ციტოქრომები a, b, c ეწოდება. ციტოქრომ c-ში კავშირი პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ჰისტიდინის ნარჩენებთან ხორციელდება პორფირინის ბირთვის მეშვეობით.რკინის იონში თავისუფალი კოორდინაციის ადგილი უკავია პოლიპეპტიდური ჯაჭვის მეთიონინის ნარჩენს:

ციტოქრომების ფუნქციონირების ერთ-ერთი მექანიზმი, რომლებიც ქმნიან ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვის ერთ-ერთ რგოლს, არის ელექტრონის გადატანა ერთი სუბსტრატიდან მეორეზე.

ქიმიური თვალსაზრისით, ციტოქრომები არის ნაერთები, რომლებიც ავლენენ რედოქს ორმაგობას შექცევად პირობებში.

ციტოქრომ c-ით ელექტრონის გადაცემას თან ახლავს რკინის ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილება:

გ. X. Fe 3+ + e "c.xFe 2+

ჟანგბადის იონები რეაგირებენ გარემოს წყალბადის იონებთან და წარმოქმნიან წყალს ან წყალბადის ზეჟანგს. პეროქსიდი სწრაფად იშლება სპეციალური ფერმენტის კატალაზას მიერ წყალში და ჟანგბადში სქემის მიხედვით:

2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2

ფერმენტი პეროქსიდაზა აჩქარებს ორგანული ნივთიერებების ჟანგვის რეაქციებს წყალბადის ზეჟანგით სქემის მიხედვით:

ამ ფერმენტებს აქვთ ჰემი თავიანთ სტრუქტურაში, რომლის ცენტრში არის რკინა +3 ჟანგვის მდგომარეობით (2 სექცია 7.7).

ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვში ციტოქრომი c გადასცემს ელექტრონებს ციტოქრომებში, რომლებსაც ციტოქრომ ოქსიდაზები ეწოდება. Oʜᴎ შეიცავს სპილენძის იონებს. ციტოქრომი არის ერთი ელექტრონული მატარებელი. სპილენძის არსებობა რკინასთან ერთად ერთ-ერთ ციტოქრომში აქცევს მას ორელექტრონულ გადამზიდად, რაც შესაძლებელს ხდის პროცესის სიჩქარის გაკონტროლებას.

სპილენძი არის მნიშვნელოვანი ფერმენტის - სუპეროქსიდის დისმუტაზას (SOD) ნაწილი, რომელიც იყენებს ტოქსიკურ სუპეროქსიდ იონს O 2 - ორგანიზმში რეაქციის შედეგად.

[SOD Cu 2+] + ® O 2 - [SOD Cu +] + O 2

[SOD Cu +] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+] + H 2 O 2

წყალბადის ზეჟანგი ორგანიზმში კატალაზას მოქმედებით იშლება.

დღეისათვის ცნობილია დაახლოებით 25 სპილენძის შემცველი ფერმენტი. Oʜᴎ ქმნიან ოქსიგენაზებისა და ჰიდროქსილაზების ჯგუფს. შემადგენლობა, მათი მოქმედების მექანიზმი აღწერილია ნაშრომში (2, ნაწილი 7.9.).

გარდამავალი ელემენტების კომპლექსები წარმოადგენს მიკროელემენტების წყაროს ბიოლოგიურად აქტიური ფორმით, მემბრანის მაღალი გამტარიანობით და ფერმენტული აქტივობით. ოʜᴎ მონაწილეობს ორგანიზმის დაცვაში "ოქსიდაციური სტრესისგან". ეს გამოწვეულია მათი მონაწილეობით მეტაბოლური პროდუქტების გამოყენებაში, რომლებიც განსაზღვრავენ უკონტროლო ჟანგვის პროცესს (პეროქსიდებით, თავისუფალი რადიკალებით და სხვა ჟანგბად-აქტიური ნაწილაკებით), ასევე სუბსტრატების დაჟანგვაში. წყალბადის ზეჟანგით სუბსტრატის დაჟანგვის (RN) თავისუფალ რადიკალური რეაქციის მექანიზმი რკინის კომპლექსის (FeL) მონაწილეობით, როგორც კატალიზატორი, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რეაქციის სქემებით.

RN +. OH ® R. + H 2 O; რ. + FeL ® R + + FeL

სუბსტრატი

R + + OH - ® RON

ოქსიდირებული სუბსტრატი

რადიკალური რეაქციის შემდგომი მიმდინარეობა იწვევს ჰიდროქსილაციის უფრო მაღალი ხარისხის მქონე პროდუქტების წარმოქმნას. სხვა რადიკალებიც ანალოგიურად მოქმედებენ: HO 2. ო 2 . , . დაახლოებით 2 - .

2. 5. p-ბლოკის ელემენტების ზოგადი მახასიათებლები

ელემენტები, რომლებშიც გარე ვალენტური დონის p-ქვედონის დასრულება ეწოდება p-ელემენტები. ვალენტური დონის ელექტრონული სტრუქტურა ns 2 p 1-6. s- და p-ქვედონეების ელექტრონები ვალენტურია.

ცხრილი 8. p-ელემენტების მდებარეობა ელემენტების პერიოდულ სისტემაში.

პერიოდი	ჯგუფი
IIIA	IVA	VA	VIA	VIIA	VIIIA
		(C)	(N)	(ო)	(F)	ნე
			(P)	(S)	(Cl)	არ
	გა					კრ
	In	sn	სბ	თე	(ᲛᲔ)	Xe
	ტლ	Pb	ბი	პო	ზე	Rn
	გვ 1	გვ 2	გვ 3	გვ 4	გვ 5	R 6
() - შეუცვლელი ელემენტები, - ბიოგენური ელემენტები

მარცხნიდან მარჯვნივ პერიოდებში იზრდება ბირთვების მუხტი, რომელთა გავლენა ჭარბობს ელექტრონებს შორის ურთიერთგაგების ძალების ზრდაზე. ამ მიზეზით პერიოდებში იზრდება იონიზაციის პოტენციალი, ელექტრონის მიდრეკილება და, შესაბამისად, მიმღების უნარი და არალითონური თვისებები. ყველა ელემენტი, რომელიც დევს დიაგონალზე Br - At და ზემოთ არის არამეტალები და ქმნიან მხოლოდ კოვალენტურ ნაერთებს და ანიონებს. ყველა სხვა p-ელემენტი (გარდა ინდიუმის, ტალიუმის, პოლონიუმის, ბისმუტისა, რომლებიც ავლენენ მეტალურ თვისებებს) ამფოტერული ელემენტებია და ქმნიან როგორც კატიონებს, ასევე ანიონებს და ორივე ძლიერ ჰიდროლიზებულია. არალითონური პ-ელემენტების უმეტესობა ბიოგენურია (კეთილშობილი გაზების, ტელურისა და ასტატინის გარდა). p-ელემენტებიდან - ლითონებიდან - მხოლოდ ალუმინი ითვლება ბიოგენურად. განსხვავებები მიმდებარე ელემენტების თვისებებში, როგორც შიგნით; და პერიოდისთვის: ისინი ბევრად უფრო გამოხატულია, ვიდრე s-ელემენტები. პ-მეორე პერიოდის ელემენტებს - აზოტს, ჟანგბადს, ფტორს აქვთ წყალბადური ბმების წარმოქმნაში მონაწილეობის გამოხატული უნარი. მესამე და შემდგომი პერიოდის ელემენტები კარგავენ ამ უნარს. მათი მსგავსება მდგომარეობს მხოლოდ გარე ელექტრონული გარსების სტრუქტურაში და იმ ვალენტურ მდგომარეობებში, რომლებიც წარმოიქმნება აუზიანებელ ატომებში დაუწყვილებელი ელექტრონების გამო. ბორი, ნახშირბადი და განსაკუთრებით აზოტი ძალიან განსხვავდება მათი ჯგუფების დანარჩენი ელემენტებისაგან (d- და f-ქვედონეების არსებობა).

ყველა p-ელემენტი და განსაკუთრებით მეორე და მესამე პერიოდის p-ელემენტები (C, N, P, O, S, Si, Cl) ქმნიან მრავალ ნაერთს ერთმანეთთან და s-, d- და f- ელემენტებთან. დედამიწაზე ცნობილი ნაერთების უმეტესობა არის p-ელემენტების ϶ᴛᴏ ნაერთები. სიცოცხლის ხუთი ძირითადი (მაკრობიოგენური) p-ელემენტი - O, P, C, N და S - არის მთავარი სამშენებლო მასალა, საიდანაც შედგება ცილების, ცხიმების, ნახშირწყლების და ნუკლეინის მჟავების მოლეკულები. p-ელემენტების დაბალი მოლეკულური ნაერთებიდან ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს ოქსოანიონებს: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- და ჰალოგენური იონები. p-ელემენტებს აქვთ მრავალი ვალენტური ელექტრონი სხვადასხვა ენერგიით. ამრიგად, ნაერთები აჩვენებენ დაჟანგვის სხვადასხვა ხარისხს. მაგალითად, ნახშირბადი ავლენს სხვადასხვა დაჟანგვის მდგომარეობას -4-დან +4-მდე. აზოტი - -3-დან +5-მდე, ქლორი - -1-დან +7-მდე.

რეაქციის დროს, p-ელემენტს შეუძლია შეწიროს და მიიღოს ელექტრონები, რომლებიც მოქმედებენ, შესაბამისად, როგორც აღმდგენი ან ჟანგვის აგენტი, რაც დამოკიდებულია ელემენტის თვისებებზე, რომელთანაც იგი ურთიერთქმედებს. ეს იწვევს მათ მიერ წარმოქმნილი ნაერთების ფართო სპექტრს. სხვადასხვა დაჟანგვის მდგომარეობების p-ელემენტის ატომების ურთიერთგადასვლა, მათ შორის მეტაბოლური რედოქს პროცესების მეშვეობით (მაგალითად, ალკოჰოლური ჯგუფის დაჟანგვა მათ ალდეჰიდში და შემდეგ კარბოქსილში და ა.შ.) იწვევს მათ ქიმიურ გარდაქმნებს.

ნახშირბადის ნაერთი ავლენს ჟანგვის თვისებებს, თუ რეაქციის შედეგად ნახშირბადის ატომები გაზრდის მისი ობლიგაციების რაოდენობას ნაკლებად ელექტროუარყოფითი ელემენტების ატომებთან (ლითონი, წყალბადი), რადგან საერთო ბმის ელექტრონების მოზიდვით ნახშირბადის ატომი ამცირებს მის ჟანგვის მდგომარეობას.

CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH \u003d O ® -COOH ® CO 2

ორგანულ ნაერთებში ჟანგვის აგენტსა და აღმდგენი აგენტს შორის ელექტრონების გადანაწილებას მხოლოდ შეიძლება თან ახლდეს ქიმიური ბმის მთლიანი ელექტრონების სიმკვრივის ცვლა ატომზე, რომელიც მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი. ძლიერი პოლარიზაციის შემთხვევაში, ეს კავშირი შეიძლება დაირღვეს.

ცოცხალ ორგანიზმებში ფოსფატები ემსახურება როგორც უჯრედის მემბრანების ჩონჩხის და ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურულ კომპონენტებს. ძვლოვანი ქსოვილი აგებულია ძირითადად ჰიდროქსიაპატიტი Ca 5 (PO 4) 3 OH. ფოსფოლიპიდები არის უჯრედის მემბრანების საფუძველი. ნუკლეინის მჟავები შედგება რიბოზის ან დეზოქსირიბოზა ფოსფატის ჯაჭვებისგან. გარდა ამისა, პოლიფოსფატები ენერგიის მთავარი წყაროა.

ადამიანის ორგანიზმში NO აუცილებლად სინთეზირდება ფერმენტის NO-სინთაზას გამოყენებით ამინომჟავა არგინინიდან. NO-ს სიცოცხლის ხანგრძლივობა სხეულის უჯრედებში დაახლოებით წამია, მაგრამ მათი ნორმალური ფუნქციონირება შეუძლებელია NO-ს გარეშე. ეს ნაერთი უზრუნველყოფს: სისხლძარღვთა კუნთების გლუვი კუნთების მოდუნებას, გულის მუშაობის რეგულირებას, იმუნური სისტემის ეფექტურ ფუნქციონირებას, ნერვული იმპულსების გადაცემას. მოსალოდნელია, რომ NO მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს სწავლასა და მეხსიერებაში.

რედოქს რეაქციები, რომლებშიც p-ელემენტები მონაწილეობენ, საფუძვლად უდევს მათ ტოქსიკურ ზემოქმედებას სხეულზე. აზოტის ოქსიდების ტოქსიკური მოქმედება დაკავშირებულია მათ მაღალ რედოქს უნართან. საკვებში მიღებული ნიტრატები ორგანიზმში მცირდება ნიტრიტებად.

NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O

ნიტრიტები ძალიან ტოქსიკურია. ოʜᴎ გარდაქმნის ჰემოგლობინს მეტემოგლობინად, რომელიც არის ჰემოგლობინის ჰიდროლიზისა და დაჟანგვის პროდუქტი.

შედეგად, ჰემოგლობინი კარგავს უნარს, გადაიტანოს ჟანგბადი სხეულის უჯრედებში. ორგანიზმში ვითარდება ჰიპოქსია. ამავდროულად, ნიტრიტები, როგორც სუსტი მჟავის მარილები, რეაგირებენ მარილმჟავასთან კუჭის შიგთავსში, წარმოქმნიან აზოტმჟავას, რომელიც ქმნის კანცეროგენულ ნიტროზამინებს მეორად ამინებთან ერთად:

მაღალმოლეკულური ორგანული ნაერთების (ამინომჟავები, პოლიპეპტიდები, ცილები, ცხიმები, ნახშირწყლები და ნუკლეინის მჟავები) ბიოლოგიური ეფექტი განისაზღვრება ატომებით (N, P, S, O) ან ატომების ჯგუფებით (ფუნქციური ჯგუფები), რომლებშიც ისინი მოქმედებენ. როგორც ქიმიურად აქტიური ცენტრები, ელექტრონული წყვილების დონორები, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან საკოორდინაციო ბმები ლითონის იონებთან და ორგანულ მოლეკულებთან. მაშასადამე, p-ელემენტები ქმნიან პოლიდენტატ ქელატირებელ ნაერთებს (ამინომჟავები, პოლიპეპტიდები, ცილები, ნახშირწყლები და ნუკლეინის მჟავები). აღსანიშნავია, რომ მათ ახასიათებთ კომპლექსური რეაქციები, ამფოტერული თვისებები, ანიონური ტიპის ჰიდროლიზის რეაქციები. ეს თვისებები განსაზღვრავს მათ მონაწილეობას ძირითად ბიოქიმიურ პროცესებში, იზოჰიდრიის მდგომარეობის უზრუნველყოფაში. Oʜᴎ აყალიბებს ცილის, ფოსფატის, წყალბადის კარბონატის ბუფერულ სისტემებს. ისინი მონაწილეობენ საკვები ნივთიერებების, მეტაბოლური პროდუქტების და სხვა პროცესების ტრანსპორტირებაში.

3. 1. გარემოს როლი. ატმოსფეროს დაბინძურების ქიმია. ექიმის როლი გარემოსა და ადამიანის ჯანმრთელობის დაცვაში.

ა.პ. ვინოგრადოვმა აჩვენა, რომ დედამიწის ზედაპირი ქიმიური შემადგენლობით ჰეტეროგენულია. მცენარეები და ცხოველები, ისევე როგორც ადამიანები, რომლებიც განლაგებულია სხვადასხვა ზონის ტერიტორიაზე, იყენებენ საკვებ ნივთიერებებს, რომლებიც არ არის იგივე ქიმიური შემადგენლობით და ამაზე რეაგირებენ გარკვეული ფიზიოლოგიური რეაქციებით და სხეულის გარკვეული ქიმიური შემადგენლობით. მიკროელემენტებით გამოწვეული ეფექტები დამოკიდებულია ორგანიზმში მათ მიღებაზე. ბიომეტალების კონცენტრაცია ორგანიზმში ნორმალური ფუნქციონირებისას შენარჩუნებულია მკაცრად განსაზღვრულ დონეზე (ბიოტური დოზა) შესაბამისი ცილების და ჰორმონების დახმარებით. ორგანიზმში ბიომეტალების მარაგი სისტემატურად ივსება. Oʜᴎ საკმარისი რაოდენობით შეიცავს მიღებულ საკვებს. საკვებისკენ მიმავალი მცენარეებისა და ცხოველების ქიმიური შემადგენლობა გავლენას ახდენს სხეულზე.

ინტენსიურმა სამრეწველო წარმოებამ გამოიწვია გარემოს დაბინძურება „მავნე“ ნივთიერებებით, მათ შორის გარდამავალი ელემენტების ნაერთებით. ბუნებაში ხდება ელემენტების ინტენსიური გადანაწილება ბიოგეოქიმიურ პროვინციებში. ორგანიზმთან მათი მიღების ძირითადი გზა (80%-მდე) არის ჩვენი საკვები. გარემოს ანთროპოგენური დაბინძურების გათვალისწინებით, უაღრესად მნიშვნელოვანია რადიკალური ზომების მიღება გარემოსა და მასში მცხოვრები ადამიანების რეაბილიტაციისთვის. ევროპის ბევრ ქვეყანაში ეს პრობლემა ეკონომიკური ზრდის პრობლემებზე წინ დგას და პრიორიტეტებს შორისაა. ბოლო წლებში გაიზარდა სხვადასხვა დამაბინძურებლების ემისია. მრეწველობის განვითარების პროგნოზი საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ იქნება ემისიებისა და გარემოს დამაბინძურებლების ოდენობის შემდგომი ზრდა.

რეალურ ზონებს, რომლებშიც სასიცოცხლო აქტივობის შედეგად ხდება ელემენტების მიმოქცევა, ე.წ ეკოსისტემებიან, როგორც აკადემიკოსი ვ.ნ. სუკაჩოვი, ბიოგეოცენოზი. ადამიანი ჩვენი პლანეტის ეკოსისტემების განუყოფელი ნაწილია. თავის ცხოვრებაში ადამიანს შეუძლია შეაფერხოს ბუნებრივი ბიოგენური ციკლის მიმდინარეობა. გარემო დაბინძურებულია მრავალი ინდუსტრიით. V.I. ვერნადსკის სწავლების თანახმად, ჩვენი პლანეტის გარსი, რომელიც შეიცვალა ადამიანის ეკონომიკური საქმიანობით, ე.წ. ნოოსფერო. იგი მოიცავს მთელ ბიოსფეროს და სცილდება მის საზღვრებს (სტრატოსფერო, ღრმა მაღაროები, ჭები და ა.შ.). ნოოსფეროში მთავარ როლს ასრულებს ელემენტების ტექნოგენური მიგრაცია - ტექნოგენეზი. ნოოსფეროს გეოქიმიის კვლევა არის თეორიული საფუძველი ბუნებრივი რესურსების რაციონალური გამოყენებისა და გარემოს დაბინძურების წინააღმდეგ ბრძოლისათვის. აირისებრი, თხევადი, მყარი გარემოს დაბინძურება ქმნის ტოქსიკურ აეროზოლებს (ნისლი, კვამლი) ატმოსფეროს ზედაპირულ ფენაში. როდესაც ატმოსფერო დაბინძურებულია გოგირდის დიოქსიდით, მაღალი ტენიანობით ტემპერატურის არარსებობის შემთხვევაში, იქმნება ტოქსიკური სუნი. გარემოსთვის ძირითად ზიანს აყენებს SO 2, SO 3 და H 2 SO 3 და H 2 SO 4 მჟავების დაჟანგვის პროდუქტები. ინდუსტრიულ რაიონებში გოგირდის ოქსიდის, აზოტის გამოყოფის შედეგად შეიმჩნევა „მჟავა“ წვიმები. წვიმის წყალს, რომელიც შეიცავს წყალბადის იონების მაღალ კონცენტრაციას, შეუძლია გამოირეცხოს ტოქსიკური ლითონის იონები:

ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O

შიდა წვის ძრავის მუშაობის დროს გამოიყოფა აზოტის ოქსიდები, რომელთა გარდაქმნის პროდუქტია ოზონი:

N 2 + O 2 "2NO (ძრავის ცილინდრში)

საზოგადოებისთვის დიდ შეშფოთებას იწვევს გარემოსდაცვითი პრობლემები, რომელთა ქიმიური არსი არის ბიოსფეროს დაცვა ნახშირბადის და მეთანის ოქსიდების სიჭარბისგან, რომლებიც ქმნიან „სათბურის ეფექტს“, გოგირდისა და აზოტის ოქსიდებს, რაც იწვევს „მჟავა წვიმას“; ჰალოგენის წარმოებულები (ქლორი, ფტორი) ნახშირწყალბადები, რომლებიც არღვევენ „დედამიწის ოზონის ფარს“; კანცეროგენული ნივთიერებები (პოლიარომატული ნახშირწყალბადები და მათი არასრული წვის პროდუქტები) და სხვა პროდუქტები. დღესდღეობით აქტუალური ხდება არა მხოლოდ გარემოს დაცვის პრობლემა, არამედ შიდა გარემოს დაცვაც. სულ უფრო იზრდება ცოცხალ ორგანიზმში შემავალი ნივთიერებები, რომლებიც უცხოა, უცხოა სიცოცხლისთვის და ე.წ. ქსენობიოტიკები. ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის მონაცემებით, მათგან დაახლოებით 4 მილიონია. ოʜᴎ ორგანიზმში შედის საკვებით, წყლით და ჰაერით, ასევე მედიკამენტების (დოზირების ფორმები) სახით.

ეს გამოწვეულია ქიმიკატების მწარმოებლებისა და მომხმარებლების დაბალი კულტურის გამო, რომლებსაც არ აქვთ პროფესიული ქიმიური ცოდნა. მართლაც, მხოლოდ ნივთიერებების თვისებების იგნორირებამ, მათი გადაჭარბებული გამოყენების შედეგების გათვალისწინების შეუძლებლობამ შეიძლება გამოიწვიოს ბუნების გამოუსწორებელი ზარალი, რომლის განუყოფელი ელემენტია ადამიანი. მართლაც, აქამდე, ზოგიერთი მწარმოებელი და თუნდაც სამედიცინო მუშაკი, ბულგაკოვის წისქვილს ადარებენ, რომელსაც მალარიისგან სასწრაფოდ გამოჯანმრთელება სურდა ქინინის წარმოუდგენელი (შოკური) დოზით, მაგრამ დრო არ ჰქონდა - ის გარდაიცვალა. სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების როლი გარემოს დაბინძურებასა და დაავადებების გაჩენაში, მათ შორის პროფესიული, ჯერ კიდევ არ არის საკმარისად შესწავლილი. აუცილებელია გაანალიზდეს ადამიანის აქტივობის შედეგად სხვადასხვა ნივთიერებების გარემოში შეღწევა, ადამიანის ორგანიზმში, მცენარეებში მათი შეღწევის გზები, მათი ურთიერთქმედება ცოცხალ ორგანიზმებთან სხვადასხვა დონეზე და ეფექტური ზომების სისტემის შემუშავება, რომელიც მიმართულია შემდგომი პრევენციისკენ. გარემოს დაბინძურება და ორგანიზმის შიდა გარემოს დაცვის აუცილებელი ბიოლოგიური საშუალებების შექმნა. სამედიცინო მუშაკები ვალდებულნი არიან მონაწილეობა მიიღონ ტექნიკური, პროფილაქტიკური, სანიტარიული და ჰიგიენური და ჯანმრთელობის გამაუმჯობესებელი ღონისძიებების შემუშავებასა და განხორციელებაში.

3.2 ბიოქიმიური პროვინციები. ენდემური დაავადებები.

ზონებს, რომლებშიც ცხოველები და მცენარეები ხასიათდებიან გარკვეული ქიმიური ელემენტარული შემადგენლობით, ეწოდება ბიოგეოქიმიური პროვინციები.ბიოგეოქიმიური პროვინციები არის მესამე რიგის ბიოსფეროს ტაქსები - სხვადასხვა ზომის ტერიტორიები ბიოსფეროს ქვერეგიონებში, ორგანიზმების მუდმივი დამახასიათებელი რეაქციებით (მაგალითად, ენდემური დაავადებები). განასხვავებენ ბიოგეოქიმიურ პროვინციას - ბუნებრივ და ტექნოგენურს, რომლებიც წარმოიქმნება | მადნის საბადოების განვითარებით, მეტალურგიული და ქიმიური მრეწველობის ემისიებიდან, სასუქების გამოყენება სოფლის მეურნეობაში. აუცილებელია ყურადღება მიაქციოთ მიკროორგანიზმების როლს გარემოს გეოქიმიური მახასიათებლების შექმნაში. ელემენტების ნაკლებობამ და სიჭარბემ შეიძლება გამოიწვიოს ბიოგეოქიმიური პროვინციების წარმოქმნა, როგორც ელემენტების ნაკლებობის (იოდის, ფტორის, კალციუმის, სპილენძის და სხვა პროვინციების) და მათი ჭარბი (ბორი, მოლიბდენი, ფტორი, სპილენძი და ა.შ.) გამო. საინტერესო და მნიშვნელოვანი პრობლემაა ბრომის დეფიციტი კონტინენტურ რეგიონებში, მთიან რეგიონებში და ბრომის ჭარბი რაოდენობა სანაპირო და ვულკანურ ლანდშაფტებში. ამ რეგიონებში ცენტრალური ნერვული სისტემის ევოლუცია ხარისხობრივად განსხვავებულად მიმდინარეობდა. ბიოგეოქიმიური პროვინცია აღმოაჩინეს სამხრეთ ურალებში ნიკელით გამდიდრებულ ქანებზე. აღსანიშნავია, რომ მას ახასიათებს ბალახების მახინჯი ფორმები, ცხვრის დაავადებები, რომლებიც დაკავშირებულია გარემოში ნიკელის გაზრდილ შემცველობასთან.

ბიოგეოქიმიური პროვინციების შეფარდებამ მათ ეკოლოგიურ მდგომარეობასთან შესაძლებელი გახადა შემდეგი ტერიტორიების გამოყოფა: ა) შედარებით დამაკმაყოფილებელი ეკოლოგიური მდგომარეობით - (ფარდობითი კეთილდღეობის ზონა);ბ) შექცევადი, შეზღუდული და უმეტეს შემთხვევაში გამოსწორებული გარემოსდაცვითი დარღვევებით - (ეკოლოგიური რისკის ზონა); გ) საკმარისად მაღალი ხარისხის უბედურება, რომელიც შეინიშნება დიდი ხნის განმავლობაში დიდ ტერიტორიაზე, რომლის აღმოფხვრა მოითხოვს მნიშვნელოვან ხარჯებს და დროს - (ეკოლოგიური კრიზისის ზონა); დ) ძალიან მაღალი ხარისხის ეკოლოგიური პრობლემებით, თითქმის შეუქცევადი გარემო დარღვევებით, რომლებსაც აქვთ მკაფიო ლოკალიზაცია -( ეკოლოგიური კატასტროფის ზონა).

ზემოქმედების ფაქტორის, მისი დონის, მოქმედების ხანგრძლივობისა და გავრცელების არეალის მიხედვით, რისკისა და კრიზისის ზონებად გამოვლინდა შემდეგი ბუნებრივი და ტექნოგენური ბიოგეოქიმიური პროვინციები:

1. პოლიმეტალური (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) დომინანტური Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn ასოციაციებით, მათ შორის:

· გამდიდრებულია სპილენძით (სამხრეთ ურალი, ბაშკორტოსტანი, ნორილსკი, მედნოგორსკი);

· გამდიდრებულია ნიკელით (ნორილსკი, მონჩეგორსკი, ნიკელი, პოლიარნი, ტუვა, სამხრეთ ურალი);

· გამდიდრებულია ტყვიით (ალტაი, კავკასია, ტრანსბაიკალია);

· გამდიდრებულია ფტორით (კიროვსკი, კრასნოიარსკი, ბრატსკი);

· ურანისა და რადიონუკლიდების მაღალი შემცველობით გარემოში (ტრანსბაიკალია, ალტაი, სამხრეთ ურალი).

2. ბიოგეოქიმიური პროვინციები მიკროელემენტების დეფიციტით (Se, I, Cu, Zn და სხვ.).

• იან ამოს კომენიუსის საქმიანობა და პედაგოგიური შეხედულებები
• სიჩქარის მუდმივი გამოითვლება ფორმულით Rate მუდმივი მნიშვნელობა
• ორკომპონენტიანი სისტემების ფაზური დიაგრამები "პოლიმერი - გამხსნელი" ორკომპონენტიანი სისტემების ფაზური დიაგრამები "პოლიმერი - გამხსნელი"
• ოპტიკური სპექტრის წვრილი და ჰიპერწვრილი სტრუქტურა
• როგორ ვისწავლოთ ქიმია დამოუკიდებლად ნულიდან: ეფექტური გზები
• ალკენების თვისებები და მახასიათებლები
• სტუდენტის მახასიათებლები სტაჟირების ადგილიდან
• მახასიათებლები სტუდენტისთვის, რომელმაც სტაჟირება გაიარა საწარმოში: წერის წესები
• ფარადეის ბიოგრაფია. დიდი მეცნიერები. მაიკლ ფარადეი. ელექტრომაგნიტური ბრუნვის აღმოჩენა
• თანამედროვე ინოვაციები განათლებაში

• ბენზოლის რგოლზე შემცვლელები იყოფა ორ ჯგუფად ბენზოლის რგოლის რეაქციები
• ქიმიური რეაქციების სახეები ორგანულ ქიმიაში ელექტროფილური დამატების რეაქციები
• ჰეტეროგენული ნარევების გამოყოფის მეთოდები
• პოლიმეტაკრილის მჟავა
• VI A ქვეჯგუფის ელემენტების ზოგადი მახასიათებლები ქვეჯგუფის 6a ელემენტები
• ფიზიკის თეორიული საფუძვლები
• გრაფიკის თეორია ქიმიაში. გრაფიკის თეორია. გრაფთა თეორიის ძირითადი განმარტებები და თეორემები
• ალგებრა და ჰარმონია ქიმიურ გამოყენებაში
• ტესტები კურსზე „ეკოლოგია და ბუნების მართვა
• WWF რუსეთის დირექტორი იგორ ჩესტინი: იაკუტია ლიდერებს შორისაა, ვიცი, რომ ბევრს მოგზაურობ... რატომ გჭირდება ეს